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Small发表吴伟课题组全印刷可拉伸多功能电子织物研究成果
时间:2022-02-24 15:52:08 作者: 点击数:

近日,国际著名期刊Small(IF:13.281)发表吴伟课题组最新研究论文:Fully Printed Stretchable and Multifunctional E-Textiles for Aesthetic Wearable Electronic Systems(用于可穿戴系统的全印刷可拉伸多功能电子织物)。论文第一作者为2019级博士生田彬,吴伟教授和美国凯斯西储大学曹长勇教授为通讯作者。

柔性可穿戴电子由于其在运动状态追踪、实时健康监测、医疗保健、人机交互以及虚拟现实技术等领域有着广阔的应用前景而被人们广泛关注。在实际的应用中,可穿戴电子不仅需要具有实用的功能,还应该能够与皮肤紧密接触且穿戴舒适。织物,作为人类生活中必不可少的物品,由于其良好的皮肤贴合性,穿戴舒适性,优异的机械性能,和成熟的生产工艺而被认为是柔性可穿戴电子的理想基底材料。因此,结合织物的可穿戴性和电子器件功能性的电子织物被认为是柔性可穿戴电子的终极目标。然而,如何通过低成本高通量生产制造技术实现具有优异的可拉伸性、良好的耐磨性和高分辨率美学图案化的电子织物仍是一大挑战。

本工作报道了一种由分形枝晶银、高弹性透明胶浆以及三元混合溶剂配制的新型水性导电油墨,进一步通过低成本、能够快速大批量生产的丝网印刷方式将水性导电油墨以所需图案沉积在织物表面制备可制备得到多功能电子织物。通过调控水性导电油墨体系中高弹性透明胶浆的含量以及喷涂纳米渗透型隐形防水剂可以制备得到具有高导电性(方阻低至0.088 Ω sq-1),高可拉伸性(154%)以及优异的动态稳定性(在100%的大应变下循环超过1000次)的可拉伸织物电极。此外,印刷可拉伸电子织物还表现出优异的疏水性,防水性、透气性和耐摩擦性能。所制备的可拉伸电子织物可以作为应力传感器和加热器表现出优异的传感性能(应力传感范围高达155%,在0-65%的应力范围内灵敏度为20.6)和低压驱动焦耳加热性能(在1 V的低电压下可以加热到105.9 ℃)。鉴于所制备的印刷可拉伸电子织物具有优异的机械电学性能、耐摩擦性、穿戴舒适性、以及出色的应力传感功能和焦耳加热功能,作者演示了该方法制备的可拉伸电子织物在运动状态检测以及热疗领域的应用。如图1a所示,通过丝网印刷方法制作了一套印刷有不同精美导电图案(包括折线、鹿头、篮球兄弟和火焰)的智能服装。其中,智能服装肩关节部位的折线导电图案可以作为加热器,在0.7 V的加载电压下可保持在40-60 ℃,可以用于缓解肩部疼痛(图1b)。而智能服装中其他部位的导电图案可以用于监测抬手动作(图1c),举哑铃运动(图1d)以及不同行走状态(图1e)。这项研究工作所报道的印刷电子织物为未来商业应用开发新型可穿戴电子产品和智能服装提供了新机会。

 

图1全印刷智能服装的可穿戴应用演示

2020年以来,在国家高层次人才计划青年项目、湖北省杰出青年科学基金等项目的资助下,吴伟课题组致力于可印刷功能材料和印刷电子应用研究,取得了系列研究成果,在Applied Physics Reviews(IF=19.2)、Advanced Energy Materials(IF=29.4)、Advanced Functional Materials(IF=18.8)、Materials Horizons(IF=13.3)、Chemical Engineering Journal(IF=13.3)、Journal of Materials Chemistry A(IF=12.7)等材料和工程领域的知名期刊发表论文20余篇,多篇工作入选ESI高被引。研究工作围绕“先进功能印刷改进传统印刷技术”理念,攻克了部分功能材料油墨化,大面积印刷电子制造工艺,印刷电子和智能包装应用等系列技术难题,在印刷图文信息防伪技术和印刷电子方面实现了若干关键技术积累。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202107298

通讯员:田彬

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