一种液态金属导电驱动触发变色发光的皮芯纤维及制备

本发明涉及一种液态金属导电驱动触发变色发光的皮芯纤维及制备，属于柔性变色显示功能纤维。

背景技术：

1、传统的传感显示器件是由刚性的、集成的电子部件来做成的，一方面限制了它的灵活性和编织性，另一方面设计比较复杂，成本较高。

2、智能变色纺织品是一种通过物理或化学手段使织物在外界刺激下对颜色产生反应的功能性纺织品。人们不断推进智能纺织品服装中高度可控和灵活调节明亮多彩的色彩变化的研究。为了使变色材料的性能更好地服用人类日常生活，可控制的组件，如纤维和薄膜被生产出来。其中，变色纤维具有优异的变色效率、编织可行性和良好的化学稳定性，被认为是智能可穿戴设备中视觉信号传输和装饰的理想载体，新时代科学技术的飞速发展，使人们不再满足于单一的浅色。

3、针对以上情况，目前已经有学者制备了电致变色纤维，制备了铜复合纤维通过电加热触发，具有快速、可逆地切换颜色的显著能力，还有学者制备了电致变色器件，并成功证明了电致变色器件作为节能显示器的可行性。

4、因此本发明与前人的工作有一些不同。首先，电触发变色发光纤维利用液态金属代替铜线作为导电金属芯层，液态金属具有较高的柔韧性和可塑性，可以纺成柔软、扭曲的皮芯纤维。其次，在可塑性和可织性方面优于传统电致变色发光器件。最后，它需要焦耳热和紫外光双重激发条件，这在柔性信息加密方面取得了很大进步。通过纤维的编织具有很大的灵活性，能够创造各种纤维结构和组合，这为将电子和传感器集成到纤维中提供了更多的设计可能性，减少了器件制作的复杂性和成本，并促进了产品形状和尺寸的定制。对外界刺激产生反应的智能纤维已经打开了制造智能纺织品和可穿戴设备的新水平，变色纤维因其在可穿戴显示器和信息加密方面的潜在应用而备受关注。

技术实现思路

1、[技术问题]

2、传统的变色传感显示器件的灵活性和编织性具有局限性，且设计复杂、成本较高。

3、[技术方案]

4、为了解决上述问题，本发明构建了一种简单、可重复的使用的双通道微流控同轴湿法纺丝装置，通过定制的同轴针头进行同轴湿法纺丝制备了基于液态金属导电驱动触发变色的皮芯结构纤维。本发明所述的基于液态金属导电驱动触发变色发光的皮芯结构纤维为轴轴对称的皮芯圆柱结构，其中纤维皮为聚丙烯腈、热致变色颜料微胶囊和发光材料组成，具有颜色鲜艳多彩、响应速率快和良好的双稳定性。而纤维芯是由镓铟合金材料组成，具有良好的焦耳热效应和热转换能力。本发明解决了传统变色显示器件的局限性，同时实现了电和热多元调控变色能力。

5、本发明的第一个目的是提供一种制备基于液态金属导电驱动触发变色发光的皮芯纤维的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将聚丙烯腈和二甲基亚砜按混合搅拌得到纺丝母液；

7、(2)取热致变色微胶囊和稀土发光材料加入步骤(1)得到的纺丝母液中搅拌混合均匀，得到纺丝液；

8、(3)把步骤(2)制得的纺丝液和液态金属分别装入两个不同的注射器中，安装在专门定制的同轴针头，之后两个注射器同时推动将纺丝液和液态金属推入凝固浴中，制备得到所述的基于液态金属导电驱动触发变色发光的皮芯纤维。

9、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的聚丙烯腈和二甲基亚砜质量比为1:2～5。

10、优选的，步骤(1)所述的聚丙烯腈和二甲基亚砜质量比为1:4。

11、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的热致变色微胶囊为黑色，变色温度为33℃。

12、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的热致变色微胶囊和纺丝母液的质量比为1～5:100。

13、优选的，步骤(2)所述的热致变色微胶囊和纺丝母液的质量比为3:100。

14、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的稀土发光材料的光色为蓝光和红光。

15、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的稀土发光材料和纺丝母液的质量比为5～10:100。

16、优选的，步骤(2)所述的稀土发光材料和纺丝母液的质量比为7:100。

17、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的液态金属为镓铟合金。

18、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述定制的同轴针头规格为17g/21g。

19、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述的凝固浴为25～30℃的去离子水。

20、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中装有纺丝液的注射器的推进速度在16～24μm/s。

21、优选的，步骤(3)中装有纺丝液的注射器的推进速度在20μm/s。

22、在本发明的一种实施方式中，步骤(3)中装有液态金属的注射器的推进速度在8～20μm/s。

23、优选的，步骤(3)中装有纺丝液的注射器的推进速度在16μm/s。

24、本发明提供一种根据上述方法制备得到的变色发光的皮芯纤维。

25、本发明提供的变色发光的皮芯纤维在纺织、服装、电子设备制造领域的应用。

26、[有益效果]

27、本发明以液态金属为纤维芯，将热致变色颜料和稀土发光材料与聚丙烯腈混合作为纤维皮，制备了皮芯结构的变色发光纤维，使其具有热、电，紫外多重刺激响应，解决了普通依赖温度单一响应的变色纤维。焦耳热是由液态金属的传导产生的，使纤维中存在的热致变色颜料的颜色发生变化，紫外光照射后，从纤维内部释放磷光，类似双重解密的效果。当对纤维壳体施加一定的压力时，芯层中的液态金属受力区域受到挤压，导致受力的区域截面积减小，从而焦耳热功率增加，从而实现局部变色发光。这些性能为变色技术在热感测、信息加密、压力传感和功能性服装等领域的应用开辟了许多可能性。

技术特征：

1.一种制备基于液态金属导电驱动触发变色发光的皮芯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的聚丙烯腈和二甲基亚砜质量比为1:2～5。

3.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的聚丙烯腈和二甲基亚砜质量比为1:4。

4.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的热致变色微胶囊和纺丝母液的质量比为1～5:100；所述的稀土发光材料和纺丝母液的质量比为5～10:100。

5.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的热致变色微胶囊和纺丝母液的质量比为3:100。

6.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的稀土发光材料和纺丝母液的质量比为7:100。

7.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，装有纺丝液的注射器的推进速度在16～24μm/s；装有液态金属的注射器的推进速度在8～20μm/s。

8.根据权利要求7中所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，装有纺丝液的注射器的推进速度在20μm/s；装有纺丝液的注射器的推进速度在16μm/s。

9.一种权利要求1～8任一项所述的方法制备得到的变色发光的皮芯纤维。

10.权利要求9中所述的变色发光的皮芯纤维在纺织、服装、电子设备制造领域的应用。

技术总结本发明公开了一种液态金属导电驱动触发变色发光的皮芯纤维及制备，属于柔性变色显示功能纤维技术领域。本发明构建了一种简单、可重复的使用的双通道微流控同轴湿法纺丝装置，通过定制的同轴针头进行同轴湿法纺丝制备了基于液态金属导电驱动触发变色的皮芯结构纤维。本发明所述的基于液态金属导电驱动触发变色发光的皮芯结构纤维为轴轴对称的皮芯圆柱结构，其中纤维皮为聚丙烯腈、热致变色颜料微胶囊和发光材料组成，具有颜色鲜艳多彩、响应速率快和良好的双稳定性。而纤维芯是由镓铟合金材料组成，具有良好的焦耳热效应和热转换能力。本发明解决了传统变色显示器件的局限性，同时实现了电和热多元调控变色能力。技术研发人员：晋阳,王华兵受保护的技术使用者：江南大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29