來源 | Advanced Functional Materials

01

背景介紹

隨著可變形、可穿戴電子設(shè)備的快速發(fā)展，由電磁波引起的電磁輻射和電磁干擾問題日益嚴(yán)重，對人類健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的電磁屏蔽材料在拉伸和彎曲變形下的機(jī)械穩(wěn)定性較差，在大應(yīng)變下電磁屏蔽性能急劇下降，因此有必要研制出具有可拉伸性的柔性可穿戴式電磁屏蔽材料。另一方面，可穿戴設(shè)備還應(yīng)具有個(gè)人熱管理能力，通過被動(dòng)輻射制冷和加熱，實(shí)現(xiàn)在炎熱和寒冷的天氣條件下都能夠?yàn)榇┐髡咛峁┦孢m的溫度環(huán)境。因此，開發(fā)集柔性、透氣性、可拉伸的電磁屏蔽和個(gè)人被動(dòng)熱管理能力于一體的可穿戴電子織物具有很大的應(yīng)用前景，但如何實(shí)現(xiàn)拉伸過程中仍能保持穩(wěn)定的電磁屏蔽性能以及成功集成個(gè)人熱管理能力仍然具有挑戰(zhàn)性。

02

成果掠影

近日，鄭州大學(xué)橡塑模具國家工程研究中心劉春太教授和馮躍戰(zhàn)副教授團(tuán)隊(duì)巧妙的運(yùn)用雙軸預(yù)拉伸的方法在靜電紡絲TPU/PDMS織物的一側(cè)成功構(gòu)建塊狀堆疊褶皺結(jié)構(gòu)的AgNW/MXene導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，得到了一種具有janus型雙模被動(dòng)個(gè)人熱管理能力的可拉伸EMI屏蔽織物。采用靜電紡絲法制備柔性多孔TPU/PDMS織物作為彈性基體，在雙軸預(yù)拉伸的狀態(tài)下通過噴涂將AgNW和MXene依次沉積在織物一側(cè)，由于彈性TPU/PDMS基底與AgNW/MXene導(dǎo)電層之間的模量不匹配，在緩慢釋放預(yù)應(yīng)變后會(huì)形成塊狀堆疊的褶皺狀導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。褶皺AgNW/MXene導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)賦予織物應(yīng)變不變的電磁干擾屏蔽能力，在單軸(10-50%拉伸應(yīng)變)和雙軸(21-125%拉伸應(yīng)變)條件下都能確保穩(wěn)定的40 dB屏蔽效果。更重要的是，janus型織物的白色TPU/PDMS織物側(cè)作為冷卻側(cè)，具有高發(fā)射率(97.5%)和反射率(90%)，使可拉伸織物覆蓋下的皮膚溫度比裸露皮膚低約4.9 ℃。黑色AgNW/MXene導(dǎo)電側(cè)作為加熱側(cè)，AgNW/MXene層表現(xiàn)出強(qiáng)烈的光吸收和局部表面等離子體共振(LSPR)效應(yīng)，并且其褶皺紋理顯著增強(qiáng)了光吸收，當(dāng)輻照強(qiáng)度為50 mW/cm²時(shí)，可實(shí)現(xiàn)比裸露皮膚高5 ℃的加熱溫度。出色的可拉伸EMI屏蔽和雙模個(gè)人被動(dòng)熱管理能力的成功結(jié)合，使可拉伸janus型織物成為未來可穿戴產(chǎn)品的有希望的候選者。研究成果以“A Stretchable Electromagnetic Interference Shielding Fabric with Dual-Mode Passive Personal Thermal Management”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1. 可拉伸janus型電磁屏蔽織物的制備示意圖和形貌表征

圖2. 可拉伸janus型電磁屏蔽織物的疏水性、透氣性、拉伸性和穩(wěn)定的導(dǎo)電性

圖3. 可拉伸janus型電磁屏蔽織物的可拉伸EMI屏蔽性能

圖4. 可拉伸janus型電磁屏蔽織物的可拉伸EMI屏蔽機(jī)理

圖5. 可拉伸janus型電磁屏蔽織物的被動(dòng)輻射冷卻性能

圖6. 可拉伸janus型電磁屏蔽織物的光熱轉(zhuǎn)換性能

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