近期，我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院（柔性電子學(xué)院）馬建中教授團隊在柔性可穿戴功能材料方面開展系列研究工作，在國際權(quán)威期刊Advanced Science（IF = 14.3）、Advanced Functional Materials（IF = 18.5）、Advanced Fiber Materials （IF=17.2）、《Engineering》（IF=10.1）等發(fā)表重要研究論文。
寒冷環(huán)境中維持人體的熱舒適性對人體各項機能的正常運轉(zhuǎn)至關(guān)重要。傳統(tǒng)室內(nèi)取暖措施（暖氣、空調(diào)及火爐等）消耗的能源約占全球能耗的47%，會產(chǎn)生大量的CO2，加劇了能源危機和溫室效應(yīng)。此外，第五代移動通信的快速發(fā)展和移動電子設(shè)備的廣泛普及產(chǎn)生了大量的電磁干擾（EMI），給人類健康和環(huán)境帶來了風(fēng)險。因此，開發(fā)先進(jìn)的功能材料來保障人類的個人健康管理（PHM）至關(guān)重要。
本文選取棉織物為基材，銀漿（AgPA）為導(dǎo)電填料，通過絲網(wǎng)印刷制備了一種能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓驅(qū)動的電加熱，且兼具光熱和輻射制熱性能的個人熱管理棉織物。利用AgPA的高導(dǎo)電性、良好的太陽光捕獲能力和低發(fā)射率特性，賦予棉織物電加熱、太陽光加熱和輻射制熱性能，同時還保持著棉織物的可穿戴性。PHM紡織品的電導(dǎo)率約為1.6×104 S m-1，1.7 V低電壓下的電加熱溫度約為134 ℃，EMI屏蔽效能約為56 dB。此外，PHM紡織品還具有可操作的可擴展性和舒適的穿著性。這項創(chuàng)新工作為PHM紡織品的設(shè)計開辟了新途徑，并為大規(guī)模生產(chǎn)提供了有利的保證。
相關(guān)成果以“A Scalable and Robust Personal Health Management Textile with Multiple Desired Thermal Functions and Electromagnetic Shielding”為題，發(fā)表在Advanced Science（IF = 14.3）上。陜西科技大學(xué)為論文唯一通訊單位，論文第一作者為輕工學(xué)院2020級博士研究生唐立濤，輕工學(xué)院馬建中教授、呂斌教授和高黨鴿教授為論文共同通訊作者。
近年來，現(xiàn)有壓阻傳感器的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)多為各向同性，無法識別機械刺激的方向，嚴(yán)重限制了其在智能機器人和復(fù)雜人體運動監(jiān)測中的應(yīng)用。受來自人體體感系統(tǒng)中的皮膚和肌肉的結(jié)構(gòu)和生理功能的啟發(fā)，本文通過構(gòu)建各向異性結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和集成對特定方向響應(yīng)的子傳感器，開發(fā)了一種多重機械刺激識別型多維傳感器。得益于子傳感器間的高效集成和各向異性傳感，集成型多維傳感器不僅能夠識別面內(nèi)應(yīng)變、法向壓力和剪切力，還能夠測量面內(nèi)應(yīng)變的大小和方向，具有10.74的優(yōu)異應(yīng)變方向選擇性，為開發(fā)多種機械刺激型多維傳感器提供了新思路。
相關(guān)成果以“Bioinspired Integrated Multidimensional Sensor for Adaptive Grasping by Robotic Hands and Physical Movement Guidance”為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials（IF = 18.5）上。陜西科技大學(xué)為論文唯一通訊單位，輕工學(xué)院2019級博士研究生雷鵬為該論文的第一作者，輕工學(xué)院馬建中教授、鮑艷教授和張文博副教授為論文共同通訊作者。
高性能柔性壓阻傳感器在人造電子皮膚、可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域備受關(guān)注，利用微納加工技術(shù)構(gòu)筑兼具寬傳感范圍和高靈敏度的纖維基壓阻傳感器具有重要意義。本文通過水熱法在聚氨酯纖維膜表面原位生長ZnO納米線陣列，并通過超聲作用在陣列間插入MXene片。最后，通過預(yù)拉伸-釋放和面對面堆疊獲得了兼具寬傳感范圍和高靈敏度的基于全向梯度褶皺結(jié)構(gòu)的聚氨酯纖維膜基壓阻傳感器。
相關(guān)成果以“Synergy of ZnO Nanowire Arrays and Electrospun Membrane Gradient Wrinkles in Piezoresistive Materials for Wide-Sensing Range and High-Sensitivity Flexible Pressure Sensor”為題，發(fā)表在Advanced Fiber Materials（IF = 17.2）上。陜西科技大學(xué)為論文唯一通訊單位，輕工學(xué)院2019級博士研究生雷鵬為該論文的第一作者，輕工學(xué)院馬建中教授、鮑艷教授和張文博副教授為論文共同通訊作者。
皮革以其保暖、耐用等特性深受人們的喜愛，本文報道了一種基于具有抗菌性的生物質(zhì)原料香草醛和具有優(yōu)異光熱轉(zhuǎn)換性能的二維納米片層材料MXene，通過細(xì)乳液聚合法以及超聲空化作用，制備出兼具保暖和抗菌性的生物質(zhì)基水性納米復(fù)合皮革涂層材料。該新型皮革涂層材料可有效解決傳統(tǒng)石油基皮革涂層材料制備過程中，使用2B類致癌物苯乙烯（St）的污染問題，并賦予皮革制品保暖性和抗菌性，提升了皮革制品的檔次。該研究不僅有助于實現(xiàn)冬季基于太陽光的零碳供暖，減少化石燃料的使用和溫室氣體的排放，而且提高了皮革抵御有害細(xì)菌、病毒和其他微生物入侵的能力，對皮革制品的功能化、高端化以及皮革工業(yè)的“減碳降污”發(fā)展具有重要意義。
相關(guān)成果以“Bio-Based Waterborne Poly(Vanillin-Butyl Acrylate)/MXene Coatings for Leather with Desired Warmth Retention and Antibacterial Properties”為題，發(fā)表在中國工程院院刊《Engineering》（IF=10.1）上。陜西科技大學(xué)為論文唯一通訊單位，輕工學(xué)院馬建中教授為該論文的第一作者和唯一通訊作者。
以上研究成果得到國家自然科學(xué)基金（22378250，22378253，22078188，52073164、21908141和21838007）、陜西省創(chuàng)新能力支持計劃（2021TD-16）等項目支持。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/advs.202400687
https://doi.org/10.1002/adfm.202313787
https://doi.org/10.1007/s42765-023-00359-4
https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.06.005
（核稿：劉國棟 編輯：趙誠）
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