青島大學合作在柔性可穿戴器件方面取得重大進展

2020-07-18 小材科研

日前，青島大學物理科學學院副教授孫彬等與上海交通大學黃興溢教授，中國科學院院士、上海大學張統一教授等合作研發了一款具有高效熱管理能力且可用於實時運動監測分析的高性能柔性可穿戴應變傳感器。基於上述實驗結果的研究論文「A high performance wearable strain sensor with advanced thermal management for motion monitoring」被國際頂級學術雜誌《自然通訊》（Nature Communications）接收並發表。物理科學學院為該論文的第一作者單位和第一通訊單位，第一作者為2020屆物理學碩士研究生譚岑孝，孫彬、黃興溢和張統一為論文共同通訊作者。

青島大學合作在柔性可穿戴器件方面取得重大進展

對於柔性可穿戴電子器件而言，除卻器件本身功能，有兩個問題值得關注：一是電子器件運行過程中會產生大量熱量，累積的熱量會影響器件的功能，甚至縮短器件的壽命，而目前柔性電子器件的封裝為PDMS、環氧樹脂等，不利於器件的散熱；二是器件的安全性，即器件本身不能對人體產生任何安全隱患。

基於上述原因，本工作對柔性可穿戴應變傳感器進行了獨特的結構設計：由石墨烯納米帶構成導電網絡在器件發生形變時，電阻信號發生變化，可以用來實時監測人體運動情況；導熱層由摻雜了氮化硼納米片的熱塑性聚氨酯彈性體橡膠（TPU）膜構成，可將器件使用過程中產生的熱量快速實時傳導到空氣中；熱絕緣層（TPU纖維膜）則可有效防止熱量在器件和人體皮膚界面累積，保障人體安全。

青島大學合作在柔性可穿戴器件方面取得重大進展


同時，TPU纖維膜的多孔結構也保證了皮膚的透氣性。此外，導熱層和熱絕緣層都是由TPU構成，因此兩層材料有較好的互溶性，可以將石墨烯納米帶牢牢限制在器件中，從而避免了因納米材料可能產生的毒性對人體細胞的損傷。本工作對於柔性可穿戴器件的製備提供了新的思路，有著廣泛的應用前景。

上述工作還得到了我校龍雲澤教授、郭向欣教授、趙海光教授、上海交通大學江平開教授、復旦大學周兆才教授、上海大學江進武教授、蘇州大學趙燕教授和青島大學水上運動中心等的指導和無私幫助。

來源：青島大學

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-17301-6

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