热固化和光固化(智能织物光纤通过内光刻技术微图案化光敏聚合物)

Posted 2023-06-02

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热固化和光固化(智能织物光纤通过内光刻技术微图案化光敏聚合物)

集成了金属，玻璃和半导体的多材料纤维可用于生物医学，智能纺织品和机器人技术等应用。但是，由于纤维沿其长度方向由相同的材料组成，因此很难将功能元件（例如电极或传感器）放置在特定位置。现在，研究人员已经开发出一种方法，可以对具有嵌入功能元素的数百米长多材料纤维进行图案化,相关论文发表在ACS Central Science。

麻省理工学院Polina Anikeeva教授及其研究生Youngbin Lee开发了一种硫醇-环氧/硫醇-烯聚合物，该聚合物可以与其他材料混合，加热并从宏观模型中拉伸为涂覆有聚合物的纤维。当暴露于紫外线下时，感光性聚合物会交联成不溶于普通溶剂（如丙酮）的网络。

通过在称为光刻的过程中沿纤维的特定位置放置"掩模"，研究人员可以保护下面的区域免受紫外线的伤害。然后，他们取下了口罩，并用丙酮处理了光纤。在被覆盖区域中的聚合物溶解以暴露出下面的材料。作为概念证明，研究人员沿着纤维制作了图案，这些纤维露出了硫醇-环氧/硫醇-烯涂层下方的导电丝。剩余的聚合物沿纤维长度充当绝缘体。研究人员说，通过这种方式，电极或其他微型设备可以沿着多材料纤维以可定制的方式开发。

图解说明如何利用聚合物

该聚合物被用来涂覆导电丝，从而形成具有导电芯的绝缘纤维。在称为光刻的过程中，将一系列不透明的掩模沿着该光纤的长度放置在不同的位置，然后将其暴露于紫外线下–这意味着其中一部分暴露于光线下，而另一些则暴露于紫外线下。

当纤维随后用丙酮溶剂处理时，聚合物仅从遮光的部分溶解下来。结果，导电灯丝仅暴露在那些目标位置，而在光纤的其他位置保持绝缘。

光纤光刻。（a）描绘多材料纤维的热拉伸和光刻图案的示意图。环状烯烃共聚物（COC），碳载聚乙烯（CPE）和硫醇-环氧/硫醇-烯光敏聚合物分别用灰色，黑色和橙色至红色渐变颜色标记。红色和蓝色分别代表热固化和光固化的光敏聚合物。（b）热拉伸之前的瓶坯横截面图。（c）从面板（b）中的预成型坯热拉伸得到的纤维的横截面图像。插图显示了涂覆CPE导体的光敏聚合物层的放大率更高的图像。（d–g）直接在热拉伸纤维上显影的图案的SEM图像。（d）厚度为1、10和100μm的线条图案。（e）具有500μm厚度的线型的热拉伸纤维。（F，g）几何图案。（h，i）通过（h）76μm和（i）330μm线型图沿长度方向暴露的热拉伸纤维内CPE电极的阻抗谱。黑色，红色和蓝色曲线表示插图中所示条件下CPE电极的平均阻抗。（1）在PBS中对环氧绝缘光纤头进行开路测量。（2）测量沿纤维轴暴露的CPE电极。（3）CPE电极头阻抗。阴影区域代表标准误差（（2）测量沿纤维轴暴露的CPE电极。（3）CPE电极头阻抗。阴影区域代表标准误差（（2）测量沿纤维轴暴露的CPE电极。（3）CPE电极头阻抗。阴影区域代表标准误差（n = 5个样本）。