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陜科大王學川/王海軍/黨旭崗 Mater. Horiz.:一種生物質(zhì)衍生的多功能導電涂料助力可穿戴智能紡織品和皮膚生物電子一體化
2025-02-17  來源:高分子科技

  智能電子紡織品因其獨特的結(jié)構(gòu)、柔韌性和透氣性,在可穿戴電子領域具有重要的應用價值。然而,目前報道的電子紡織品仍面臨生物相容性、光熱轉(zhuǎn)換和電磁波污染等問題的挑戰(zhàn)。為應對此挑戰(zhàn),陜科大王學川教授、王海軍教授、黨旭崗副教授團隊利用天然羧甲基淀粉 (CMS)、多巴胺和聚吡咯 (PPy) 開發(fā)了一種多功能生物質(zhì)基導電涂層,并進一步用于構(gòu)建多功能智能電子紡織品。CMS/PDA/PPy 涂層具有連續(xù)均勻的多孔結(jié)構(gòu)、強附著力、高抗菌效率、優(yōu)異的導電性和良好的生物相容性。CMS/PDA/PPy 涂層制備的智能電子紡織品表現(xiàn)出優(yōu)異的疏水性、水蒸氣滲透性和抗氧化活性。此外,利用 PDA 和 PPy 的導電和熱敏特性,可以將智能電子紡織品開發(fā)成能夠?qū)崟r監(jiān)測生理信號和體溫變化的柔性皮膚集成生物傳感器系統(tǒng)。相關(guān)工作被發(fā)表于《Materials Horizons (IF: 12.2)。



  在本研究中,將 CMS 優(yōu)異的生物相容性和生物降解性、PDA良好的抗氧化性、光熱轉(zhuǎn)化性和粘附性以及 PPy 良好的導電性和機械強度戰(zhàn)略性地結(jié)合起來,開發(fā)了一種多功能生物質(zhì)基導電涂層——CMS/PDA/PPy。它被用于紡織全天然、多功能的生物質(zhì)基智能電子紡織品,所制備的紡織品具有優(yōu)異的耐水性、透氣性、抗氧化抗菌活性、電磁屏蔽性 (33 dB) 以及光熱轉(zhuǎn)換性能和穩(wěn)定性。值得注意的是,在紅外輻射下,制備的紡織品可以在10 s內(nèi)從室溫加熱到55 °C,然后在20 s內(nèi)將紡織品的表面溫度降低到40 °C(ts= 42.05 s),對新型可穿戴光熱管理紡織品的研究具有重要意義。此外,該紡織品被用作皮膚應變傳感器,對溫度、應變、光熱和生物電信號以及運動檢測表現(xiàn)出高度敏感性。它可以實時監(jiān)測人體的生理信號、運動控制和體溫變化,具有巨大的應用潛力,可用于集成可穿戴智能紡織品和皮膚生物電子學。  


1 CMS/PDA/PPy的粘附性和可印刷性


2 CMS/PDA/PPy的機械性能、抗氧化性和導電性


生物質(zhì)基智能電子紡織品的耐水性、水蒸氣滲透性、透光性、抗菌性及生物相容性


生物質(zhì)基智能電子紡織品的光熱轉(zhuǎn)換性


5 生物質(zhì)基智能電子紡織品的應變傳感性能與人體運動信號監(jiān)測


  總體而言,本研究通過集成可穿戴智能紡織品和皮膚生物電子學開發(fā)了一種多功能導電涂層,構(gòu)建了一個通過可穿戴智能電子紡織品傳感器監(jiān)測生理信號的平臺。該紡織品被用作皮膚應變傳感器,對溫度、應變、光熱和生物電信號以及運動檢測表現(xiàn)出高度敏感性。集成的CMS/PDA/PPy導電涂層在可穿戴紡織品領域具有相當大的潛力,可用于多功能紡織品和智能生物電子,并為可穿戴智能紡織品和皮膚生物電子學的未來集成提供了新的見解。


  相關(guān)研究成果以“A biomass-derived multifunctional conductive coating with outstanding electromagnetic shielding and photothermal conversion properties for integrated wearable intelligent textiles and skin bioelectronics為題發(fā)表Materials HorizonsDOI: 10.1039/D4MH01774A)。陜西科技大學輕工科學與工程學院(柔性電子學院)碩士研究生費宇菲為該論文的主要完成人,通訊作者是陜西科技大學生物質(zhì)與功能材料研究所王海軍教授和黨旭崗副教授。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1039/D4MH01774

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