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北航蔡军教授课题组CEJ：仿生多功能柔性导电织物用于吸收为主的电磁屏蔽、热管理及应变传感

时间：2023-11-13 来源： 浏览：

北航蔡军教授课题组CEJ：仿生多功能柔性导电织物用于吸收为主的电磁屏蔽、热管理及应变传感

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柔性导电织物具有透气、耐久、可变形及多功能优势，广泛用于可穿戴电子、生物医疗、军事装备等领域。随着智能电子器件快速发展，多功能柔性导电织物需求日益迫切。面向可穿戴电子和医疗保健设备，不仅要具备高效电磁辐射吸收和屏蔽能力，还要实现优异的应变感知和热管理，而构建高导电强吸收网络是提升柔性导电织物性能的前提和挑战。
近期， 北京航空航天大学机械工程及自动化学院 蔡军教授 课题组 提出了一种新颖的仿生自组装策略，制造出具有吸收为主的电磁屏蔽、热管理和应变传感等优异综合性能的多功能柔性导电织物。 相关研究成果以“Bio-inspired flexible versatile textiles for excellent absorption-dominated electromagnetic interference shielding, thermal management, and strain sensing”为题发表在国际期刊 Chemical Engineering Journal 。论文第一作者是北航机械学院博士生 陈腾 ，通讯作者是北航卓越百人博士后 龚德 。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目的资助支持。
概念图 仿生多功能柔性导电织物
肌肉纤维是由多层结缔组织包围的肌原纤维组成，该结构赋予其拉伸收缩、神经信号感知传输、以及运动产热等复杂功能。受肌肉纤维分层结构启发，论文提出一种多层自组装策略，通过在织物纤维上紧密包覆多层纳米颗粒来制造多功能柔性织物，不仅实现以吸收为主的电磁屏蔽，还赋予其类似肌肉纤维的功能（如应变感知、电加热）。
在本项工作中，根据电导率从高到低，依次将不同纳米颗粒涂覆在预拉伸织物上。其中，AgNP和AgNW用于构建最内层三维交联高导电网络，再将MXene通过氢键组装实现导电网络机械增强，最后将FeCo-C通过静电吸附组装形成最外层，与MXene共同构建强吸收网络。得益于超高电导率（14075.3 S·m -1 ），该织物具备可靠的电磁屏蔽（拉伸/弯曲循环后SE ~ 85 dB）和优异的电加热性能（1.8 V可达116.3 °C）。基于FeCo-C和MXene的电磁吸波网络，其在0-75%拉伸应变范围内具有以吸收为主的电磁屏蔽（SE max  = 86.5 dB，R min = 0.168）。该织物还可实现灵敏的应变传感，具有较大的线性工作范围（5-60%，R 2  = 0.995）和快速响应特性，可用于人体运动监测，其透气性良好，保证了长期穿戴的舒适性。该研究提出了一种多功能柔性导电织物的仿生制造方法，展现出在可穿戴电子等领域的应用潜力。
图1  仿生多功能柔性导电织物的制备工艺
图2  纳米颗粒及导电织物表征；织物导电性及透气性展示
图3  仿生多功能柔性导电织物的电磁屏蔽性能
图4  仿生多功能柔性导电织物的电磁屏蔽机制及性能比较
图5  仿生多功能柔性导电织物的应变传感性能
图6  仿生多功能柔性导电织物的电加热性能
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论文信息： Teng Chen, Jun Cai, Xiang Cheng, Shuoming Cui, Deyuan Zhang, De Gong*. Bio-inspired flexible versatile textiles for excellent absorption-dominated electromagnetic interference shielding, thermal management, and strain sensing, Chemical Engineering Journal, 2023, 477, 147116.
原文链接： https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147116
来源：高分子科学前沿
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