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2019-06-18
液晶具有快速且良好的响应性而受到广泛的应用，但大部分应用均是以平板或薄膜状的形式，一定程度上限制了液晶的应用领域。而大自然中却普遍存在着具有液晶性质的复杂纤维，比如蜘蛛丝。曾有研究者利用静电纺丝或喷绘等技术得到具有液晶芯的响应性纤维，但由于技术的特殊性，所得液晶芯直径往往不超过10mm，力学强度差，响应效果不理想，而且这类纤维十分脆弱难以进行编织。
为解决上述问题，江南大学的付少海、肯特州立大学的John L. West提出一种具有液晶外壳的响应性纤维的制备方法，研究者们将纤维先后通过液晶溶液、高聚物溶液，得到具有核壳结构的响应性液晶复合纤维，既保留了液晶的响应性同时具有一定的柔韧性。其中纤维提供强度，液晶小分子作为响应性涂层，高聚物溶液则对该涂层起稳定作用以防止破碎脱落。与以往的液晶芯纤维相比，可操作性更大，对纤维性能的可控程度更高，对于制备新型的可穿戴设备有一定的启发意义，相关成果以题目为“Responsive Liquid-Crystal-Clad Fibers for Advanced Textiles and Wearable Sensors”的研究论文发表在《Advanced Materials》上。
【图文解析】
图1 液晶复合纤维（LCC fibers）的结构与制备示意图
（a）尼龙纤维先后经过胆甾相液晶混合物（CLC）与高聚物溶液，待溶剂挥发后即得到液晶复合纤维。其中，胆甾相液晶混合物为胆固醇壬酸酯：胆固醇油醇碳酸酯：氯化胆固醇=1:1:0.6，高聚物溶液为聚乙烯吡咯烷酮（PVP），起固定液晶壳层的作用。（b）、（c）由于高聚物溶液与液晶不相溶，故表现出明显的界面。
图2 液晶复合纤维以及相应的CLC芯纤维的光学性质
（a）为不同结构液晶纤维的波长与反射率的关系。（b）为液晶平板的示意图。（c）、（d）及（e）为不同结构液晶纤维的显微图像，其中（c）圆液晶复合纤维、（d）热压液晶复合纤维、（e）圆聚合物分散液晶复合纤维。
图3 液晶复合编织物外观在不同温度及观察角度下的变化示意图
通过改变液晶的组成，得到具有不同响应性能的液晶复合纤维，再编织成织物即可得到具有复杂性能的可穿戴传感器。
总结与展望
研究者们提出一种制备具有复杂结构的响应性纤维的方法，该方法对于现有商用纤维具有普适性，操作简便，能耗低，可自动化连续地生产。将该响应性纤维进行编织可得到一系列可穿戴传感器，例如，可将这种响应性纤维编织成袜子，自动检测皮肤异常的温度变化以尽早发现某些疾病。
参考文献：Guan, Y., Agra-Kooijman, D. M., Fu, S., Jakli, A., &West, J. L. (2019). Responsive Liquid-Crystal-Clad Fibers for Advanced Textilesand Wearable Sensors. Adv Mater, e1902168. doi:10.1002/adma.201902168
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201902168
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