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    英國曼徹斯特大學劉旭慶課題組和尹武良課題組《ACS Nano》:提出基于拓撲結構的柔性可穿戴設備的設計概念
    2020-06-23  來源:高分子科技

      可穿戴式傳感器技術,尤其是持續監測各種人類健康狀況,正引起越來越多的關注。然而,當前的剛性傳感器存在明顯的缺點,例如較低的耐用性和較差的舒適性,也是可穿戴設備亟需解決的問題。導電金屬纖維是近年來的可穿戴設備領域研究的熱點,尤其是將金屬等導電涂層和纖維結合,形成柔性的導電纖維,這也是商業化可穿戴設備的主要實現途徑。然而金屬層和纖維之間缺乏結合力導致纖維的導電性隨著使用次數增加而急劇下跌,從而導致傳感器失效。為了提高導電涂層的導電性和耐用性,作者引入了一種“Genus-3”和“Genus-5”結構的拓撲修飾方法,并且拓撲類結構可以將金屬導電粒子捕獲,類似于籠子作用,從而提高金屬和材料的結合力,制備耐用的導電織物本研究基于該導電織物制成的電容式傳感器具有靈活,舒適和耐用的性能。高電導率和可耐用性實現了織物電容式傳感器高靈敏度和信號收集的便利性。

      英國曼徹斯特大學材料學院劉旭慶和電子電氣工程學院尹武良合作,從舒適的棉纖維出發,通過纖維分子的表面拓撲纏繞修飾,設計具有高導電性和舒適性的柔性傳感器,可利用在老年人和康復醫療領域的信號實時收集和分析

     

    圖一:“Genus-3”和“Genus-5”拓撲結構修飾纖維表面分子用于鎳納米離子無電沉積的示意圖

     

     

    柔性導電織物用于可穿戴設備的示意圖

      他們在文章中指出,將“Genus-3”和“Genus-5”拓撲結構引入到纖維表面修飾中,以提高金屬涂層在纖維表面上的附著力和導電性。通過熱誘導自由基聚合反應將含氨聚合物引入柔軟的棉織物中,以形成共價鍵和氫鍵纏結的分子拓撲籠,捕獲鈀離子催化劑用于隨后在催化劑基織物表面上生長鎳納米粒子。 10分鐘后,晶種開始穿透籠子,形成更大的顆粒。連續涂覆厚度約為500 nm的鎳納米薄膜可以實現導電織物的優異電性能。該導電織物構建的傳感器可用于實時記錄康復訓練中的呼吸,說話,眨眼,頭部運動和關節運動等動態信息。作者們相信,該系統通過纖維表面拓撲改性,得到了具有的高靈敏度、舒適和耐用的可穿戴傳感器,在開發用于各種人類醫療保健中發揮著重要作用。

      文章發表在ACS Nano. 第一作者是陳黎明,曼徹斯特大學博士研究生通訊作者為曼徹斯特大學材料學院劉旭慶博士和電子電氣工程學院尹武良博士

      論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsnano.0c01643

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