Wet‐Spinning Carbon Nanotube/Shape Memory Polymer Composite Fibers with High Actuation Stress and Predesigned Shape Change

材料科学 复合材料 碳纳米管 复合数 聚脲 纺纱 形状记忆合金 聚合物 制作 智能材料 极限抗拉强度 纤维 超级电容器 聚氨酯 电极 医学 化学 替代医学 病理 电化学 物理化学
作者
Meng Li,Kun Chen,Ding Zhang,Ziming Ye,Zi-Fan Yang,Qi Wang,Zhifan Jiang,Yingjiu Zhang,Yuanyuan Shang,Anyuan Cao
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202404913
摘要

Abstract Actuators based on shape memory polymers and composites incorporating nanomaterial additives have been extensively studied; achieving both high output stress and precise shape change by low‐cost, scalable methods is a long‐term‐desired yet challenging task. Here, conventional polymers (polyurea) and carbon nanotube (CNT) fillers are combined to fabricate reinforced composite fibers with exceptional actuation performance, by a wet‐spinning method amenable for continuous production. It is found that a thermal‐induced shrinkage step could obtain densified strong fibers, and the presence of CNTs effectively promotes the tensile orientation of polymer molecular chains, leading to much improved mechanical properties. Consequently, the CNT/ polyurea composite fibers exhibit stresses as high as 33 MPa within 0.36 s during thermal actuation, and stresses up to 22 MPa upon electrical stimulation enabled by the built‐in conductive CNT networks. Utilizing the flexible thin fibers, various shape change behavior are also demonstrated including the conversion between different structures/curvatures, and recovery of predefined simple patterns. This high‐performance composite fibers, capable of both thermal and electrical actuation and produced by low‐cost materials and fabrication process, may find many potential applications in wearable devices, robotics, and biomedical areas.
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