科学家在激光热效应组装柔性纤维器件研究中取得进展

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近年来,基于多功能纤维材料科技的快速发展,更多种类的纤维具备了传感、光电转换、能量收集及储存等功能。随着对织物类可穿戴电子产品需求的不断增加,多功能纤维状器件与智能纤维织物为其提供了一种新的解决方案。但目前柔性纤维内部各种功能材料的精确高效定位、连接与组装等难题,阻碍了纤维器件的大规模应用。

近日,中国科学院工程热物理研究所发文称,研究所储能研发中心与新加坡南洋理工大学合作,提出一种新型的基于激光热效应的纤维内微粒精确操控技术,突破纤维材料不利于进行内加工的固体特性,实现固体内微粒的精准移动及控制,组装出半导体异质功能结构,为制备复杂而高效的纤维内功能结构与器件提供了新思路。

该研究通过二氧化碳激光器的精准加热,将固态的纤维材料转换为液态,并在纤维内部产生可精密调控的马兰戈尼热流动。纤维内集成的微粒可伴随纤维材料的热流动改变位置,并可通过调制激光控制微粒移动的方向和速度。这突破了固态纤维材料内物质固有位置无法精密调控的难题,使利用纤维内部物质组合构造更加复杂的功能结构器件成为可能。该研究提出的方法利用流体为载体对微粒进行操控,对微粒的结构、组成材料、尺寸、数目并无选择性,这一特性极大扩展了方法的适用范围。基于以上原理,获得了在纤维中利用半导体材料微粒制造同质结与异质结的方法,证明了该方法的易用性与在光电、光伏、热电、储能等多个领域的应用前景。

相关成果发表在《自然-通讯》上。该研究得到中科院国际合作伙伴计划、清洁能源先导专项的支持。

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