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  關(guān)節(jié)炎作為一種常見的疾病影響全球超過 3.5 億人。而熱療法是治療關(guān)節(jié)炎最常見的物理療法之一。熱療法具有增加膠原組織的延展性，減少關(guān)節(jié)僵硬，減輕疼痛，增加血流量的作用。然而，熱療中使用的傳統(tǒng)電阻加熱設(shè)備有許多限制，例如體積大、性能差等。因此，開發(fā)可穿戴的柔性可拉伸加熱設(shè)備有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

圖1 基于銀納米線復(fù)合材料的電阻式雙向可拉伸的加熱設(shè)備；紅外熱成像圖；溫度隨時(shí)間曲線。

  近期，北卡羅萊納州立大學(xué)航空航天與機(jī)械工程學(xué)院朱勇教授課題組提出了一種基于銀納米線復(fù)合材料的電阻式雙向可拉伸的加熱設(shè)備。其中銀納米線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被嵌入聚酰亞胺薄膜中，然后復(fù)合物薄膜被整體粘貼到可拉伸布料上。銀納米線聚酰亞胺薄膜被激光切割成一個(gè)二維的“剪紙”結(jié)構(gòu)（圖2）。這一結(jié)構(gòu)使得薄膜和布料整體可以承受單向100%或者雙向各50%的應(yīng)變。此加熱設(shè)備只需0.125安培的輸入電流就可以加熱至約140攝氏度（加熱和冷卻速率約為16.5攝氏度每秒和14.1攝氏度每秒）（圖1）。該設(shè)備可以承受超過400次循環(huán)加熱。同時(shí)本研究中利用銀納米線的熱電阻效應(yīng)設(shè)置了反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)和控制加熱設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度以抵抗周圍環(huán)境溫度變化（圖3）。文章最后進(jìn)行了在人體膝蓋上的熱療實(shí)驗(yàn)證實(shí)了設(shè)備良好的工作性能（圖4）。

圖2 銀納米線復(fù)合材料加熱設(shè)備在不同應(yīng)變加載下的變形

圖3 銀納米線復(fù)合材料加熱設(shè)備的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)

圖4銀納米線復(fù)合材料加熱設(shè)備在膝蓋上的紅外熱成像圖

  該工作以 “A Biaxially Stretchable and Self-Sensing Textile Heater Using Silver Nanowire Composite” 為題發(fā)表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。文章的第一作者是北卡羅萊納州立大學(xué)博士生吳雙和博士崔征。該研究得到自然科學(xué)基金支持。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c17651