半導體纖維在人機交互、能量轉(zhuǎn)化等方面有巨大優(yōu)勢，因此在可穿戴領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。目前的半導體纖維以共軛聚合物材料為主，但其載流子遷移率和力學強度較低，導致無機半導體纖維難以連續(xù)化制備。受棉纖維紡紗工藝的啟發(fā)，東華大學材料科學與工程學院先進功能材料課題組（AFMG）的研究人員借助多相界面作用力，模仿棉纖維紡紗的梳棉、壓實和加捻工藝，開發(fā)了無機半導體納米晶體材料的連續(xù)化取向、組裝和加捻新方法，實現(xiàn)了無機半導體紗線的連續(xù)化制備。研究人員同時提出以高長徑比的納米帶為結(jié)構(gòu)單元，強化基元相互作用力，提升了半導體紗線的強度。此外，基于雙電層吸/脫附和離子晶格脫嵌耦合機制，構(gòu)筑了基于無機半導體紗線的電致變色人工肌肉。
因為紗線由高長徑比的無機納米單元組成，在室溫下可以任意彎曲或扭曲，具有良好的柔性。由于載流子凍析效應，半導體紗線插入液氮后電阻提升了四個數(shù)量級，但仍然保持了良好的柔性。它的拉伸強度也顯著優(yōu)于已知的純半導體纖維材料，除此之外，無機半導體紗線也具有靈敏的熱敏與光敏特性。
無機半導體紗線經(jīng)過三相界面組裝后，紗線內(nèi)部具有大小不同的孔洞，經(jīng)過流體加捻后形成致密的納米紗線。與棉線結(jié)構(gòu)相似，無機半導體紗線的微觀結(jié)構(gòu)單元也呈現(xiàn)高度有序的平行排列?；趦?yōu)異的柔性與力學強度，無機半導體紗線可加捻得到多種螺旋結(jié)構(gòu)紗線，當結(jié)構(gòu)單元組分均為無機材料時，螺旋紗線在極低溫下仍具有優(yōu)異的可拉伸性能。
通過與碳納米管紗線復合，螺旋紗線可實現(xiàn)在離子液體中的協(xié)同電致變色與致動。預計該無機半導體紗線在人工肌肉、偽裝織物等領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應用前景。
研究內(nèi)容以“Scalable fluid-spinning nanowire-based inorganic semiconductor yarns for electrochromic actuators”為題發(fā)表在最新的《Materials Horizons》上。
