近年來，基于多功能纖維材料科技的快速發(fā)展，更多種類的纖維具備了傳感、光電轉(zhuǎn)換、能量收集及儲存等功能。隨著對織物類可穿戴電子產(chǎn)品需求的不斷增加，多功能纖維狀器件與智能纖維織物為其提供了一種新的解決方案。但目前柔性纖維內(nèi)部各種功能材料的精確高效定位、連接與組裝等難題，阻礙了纖維器件的大規(guī)模應(yīng)用。
近日，中國科學(xué)院工程熱物理研究所儲能研發(fā)中心與新加坡南洋理工大學(xué)合作，提出一種新型的基于激光熱效應(yīng)的纖維內(nèi)微粒精確操控技術(shù)，突破纖維材料不利于進行內(nèi)加工的固體特性，實現(xiàn)固體內(nèi)微粒的精準移動及控制，組裝出半導(dǎo)體異質(zhì)功能結(jié)構(gòu)，為制備復(fù)雜而高效的纖維內(nèi)功能結(jié)構(gòu)與器件提供了新思路。
該研究通過二氧化碳激光器的精準加熱，將固態(tài)的纖維材料轉(zhuǎn)換為液態(tài)，并在纖維內(nèi)部產(chǎn)生可精密調(diào)控的馬蘭戈尼熱流動。纖維內(nèi)集成的微粒可伴隨纖維材料的熱流動改變位置，并可通過調(diào)制激光控制微粒移動的方向和速度。這突破了固態(tài)纖維材料內(nèi)物質(zhì)固有位置無法精密調(diào)控的難題，使利用纖維內(nèi)部物質(zhì)組合構(gòu)造更加復(fù)雜的功能結(jié)構(gòu)器件成為可能。該研究提出的方法利用流體為載體對微粒進行操控，對微粒的結(jié)構(gòu)、組成材料、尺寸、數(shù)目并無選擇性，這一特性極大擴展了方法的適用范圍。基于以上原理，獲得了在纖維中利用半導(dǎo)體材料微粒制造同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)的方法，證明了該方法的易用性與在光電、光伏、熱電、儲能等多個領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
相關(guān)成果發(fā)表在《自然-通訊》上。該研究得到中科院國際合作伙伴計劃、清潔能源先導(dǎo)專項的支持。
