Water-Based Continuous Fabrication of Highly Elastic Electromagnetic Fibers

制作 电磁屏蔽 材料科学 纺纱 聚氨酯 纤维 复合材料 导电体 挤压 电磁干扰 芯(光纤) 纳米技术 电气工程 工程类 病理 医学 替代医学
作者
Xin Gao,Jilin Su,Chang Xu,Shichun Cao,Shijia Gu,Wei Sun,Zhengwei You
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (27): 17913-17923 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c04455
摘要

Elastic electromagnetic fibers are promising building blocks for next-generation flexible electronics. However, fabrication of elastic fibers is still difficult and usually requires organic solvents or high temperatures, restricting their widespread applications. Furthermore, the continuous production of electromagnetic fibers has not been realized previously. In this study, we propose an ionic chelation strategy to continuously produce electromagnetic fibers with a magnetic liquid metal (MLM) as the core and elastic polyurethane as the sheath in water at room temperature. Sodium alginate (SA) has been introduced to rapidly chelate with calcium ions (Ca 2+ ) in a coagulation bath to support the continuous spinning of waterborne polyurethane (WPU) as a sheath. Meanwhile, WPU-encapsulated MLM microparticles efficiently suppress the fluid instability of MLM for continuous extrusion as the core. The resultant fiber exhibits excellent mechanical performances (tensile strength and toughness up to 32 MPa and 124 MJ/m 3, respectively), high conductive stability in large deformations (high conductivity of 7.6 × 10 4 S/m at 580% strain), and magnetoactive properties. The applications of this electromagnetic fiber have been demonstrated by conductance-stable wires, sensors, actuation, and electromagnetic interference shielding. This work offers a water-based molecular principle for efficient and green fabrication of multifunctional fibers and will inspire a series of applications.
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