Hierarchically buckled sheath-core fibers for superelastic electronics, sensors, and muscles

材料科学 扭转(腹足类) 碳纳米管 复合材料 屈曲 扭力弹簧 制作 芯(光纤) 张力(地质) 纤维 纳米技术 压缩(物理) 结构工程 病理 外科 工程类 替代医学 医学
作者
Z. F. Liu,Shaoli Fang,Felipe Arruda Moura,Jianning Ding,Naisheng Jiang,Jiangtao Di,M. Zhang,Xavier Lepró,Douglas S. Galvão,Carter S. Haines,Ningyi Yuan,Shougen Yin,D. W. Lee,R. Wang,H. Y. Wang,Wei Lv,Chaoqun Dong,R. C. Zhang,M. J. Chen,Qiang Yin,Yanan Chong,R. Zhang,X. Wang,Márcio Dias Lima,Raquel Ovalle‐Robles,Dong Qian,Hongbing Lu,Ray H. Baughman
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:349 (6246): 400-404 被引量:440
标识
DOI:10.1126/science.aaa7952
摘要

Superelastic conducting fibers with improved properties and functionalities are needed for diverse applications. Here we report the fabrication of highly stretchable (up to 1320%) sheath-core conducting fibers created by wrapping carbon nanotube sheets oriented in the fiber direction on stretched rubber fiber cores. The resulting structure exhibited distinct short- and long-period sheath buckling that occurred reversibly out of phase in the axial and belt directions, enabling a resistance change of less than 5% for a 1000% stretch. By including other rubber and carbon nanotube sheath layers, we demonstrated strain sensors generating an 860% capacitance change and electrically powered torsional muscles operating reversibly by a coupled tension-to-torsion actuation mechanism. Using theory, we quantitatively explain the complementary effects of an increase in muscle length and a large positive Poisson's ratio on torsional actuation and electronic properties.
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