香港理工大学郑子剑教授团队《AM》：热湿管理电子纺织品
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阅读： 2024/1/18 13:41:00
近年来，人们越来越关注可穿戴电子纺织品的舒适性，特别是在健康监测、运动训练、医学诊疗等领域，电子纺织品的长期穿戴舒适性至关重要。然而，在不影响电学性能的前提下，同时调控人体的热、湿舒适性，至今仍是一个重大挑战。
鉴于此，香港理工大学郑子剑教授团队设计并制备了一种热湿管理电子纺织品（TMME-textile），它集成了定向排汗和日间辐射制冷性能，以及高灵敏度的传感性能；该TMME-textile可实现室内和户外的长期运动监测，同时满足剧烈运动中人体的舒适性要求。通过在Janus多级梯度蜂巢网孔上构筑图案化传感电极制备TMME-textile，这些蜂巢网孔兼具润湿梯度和光学管理能力。该TMME-textile能够实现定向排汗，为用户提供一个干爽舒适的穿戴微环境；此外，它具有较高的太阳光反射率（98.3%）和中红外发射率（89.2%），在1kW m?2的太阳辐射下，能够使皮肤温度降低约7.0°C。基于TMME-textile的应变传感器具有高灵敏度（0.1749kPa?1）和快速响应速度（170ms），有效实现了长期的稳定监测，还可用于运动评估和健身管理。这项工作为开发新一代热湿舒适型电子纺织品开辟了道路，并鼓励将其应用于人体运动监测、个体防护、医疗保健、自供电电子产品和人机交互等领域。
图1. TMME-textile的结构设计。（a）具有梯度类蜂巢网孔结构的TMME-textile的制备流程图；（b）TMME-textile作为贴肤应变传感器在户外运动中的应用示意图；该TMME-textile可实现定向排汗和日间辐射制冷。
图2. TMME-textile的形貌和结构表征。（a）PAN/ZnO NFM的SEM图像；（b）PAN/ZnO NFM的放大SEM图像和相应的元素谱图；（c、d）HCPU NFM正面为类蜂巢网孔，背面为丘陵状粗糙结构；（e）不同维度尺度下HCPU NFM的四级结构示意图；（f-i）HCPU NFM的多级类蜂巢网孔结构表面SEM图像；（j）Janus NFM的斜面SEM图像，表明HCPU NFM的类蜂巢网孔呈梯度结构；（k）TMME-textile的弯曲和扭转测试照片；（l）TMME-textile的电阻随弯曲次数的变化规律；（m）TMME-textile的电阻随拉伸次数的变化规律（应变为10%）。
图3. TMME应变传感器在运动监测中的应用。（a）相对电压随施加在应变传感器上的压力的变化；插图为应变传感器在0~3kPa压力范围内的灵敏度；（b）TMME应变传感器弯曲传感工作原理示意图；插图显示了TMME应变传感器装置照片；（c）不同角度弯曲食指时TMME应变传感器的输出电压；（d）贴附在人体不同部位（肱二头肌、手腕和腘窝）的TMME应变传感器示意图；（e）贴附在上肢两个不同部位（肱二头肌和手腕）的TMME应变传感器在打羽毛球四种基本击球动作（高远球、挑球、抽球、搓球）时的输出电压；（f）机器学习辅助下四种击球动作的混合矩阵；（g）贴附于腘窝的TMME应变传感器在不同移动速度（站立、行走、慢跑、快跑）下的输出电压；（h）运动速度与Vp-p和步数的关系；（i）贴附于腘窝的TMME应变传感器在不同骑行速度下的输出电压；（j）骑行速度与Vp-p和踏频的关系；（k）贴附于腘窝的TMME应变传感器在不同骑行速度下的实时输出电压；（l）在不同骑行速度下的Vp-p、踏频和实测骑行速度；（m）户外运动前后贴肤的TMME应变传感器的光学和红外图像。
相关研究成果近期以“Thermal and Moisture Managing E-Textiles Enabled by Janus Hierarchical Gradient Honeycombs”为题发表于Advanced Materials（Adv. Mater. 2023, 2311633）上，论文第一作者为香港理工大学博士后张宇菲和付璟璟。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202311633
通讯作者简介：
郑子剑教授，现任香港理工大学应用生物及化学科技学系（ABCT）“软物质材料与器件”讲座教授、智能可穿戴系统研究院副主任、智慧能源研究院首席研究员。2003年获清华大学化学工程专业学士学位，2007年获剑桥大学化学系博士学位，2008-2009年在美国西北大学纳米中心从事博士后研究。2009年加入香港理工大学任助理教授，2013年破格晋升为终身副教授，2017年晋升为教授，2023年晋升为讲席教授。
研究方向主要包括柔性电子、微纳制造、高分子智能材料、能源转化与存储。迄今已在Science、Nat. Mater.、Nat. Comm.、Sci. Adv.、Adv. Mater.、Joule、JACS、Angew. Chem.等高水平期刊发表学术论文200余篇；拥有国内外专利40余项。创办Wiley绿色能源环境领域的先进材料期刊《EcoMat》并担任主编，亦担任Advanced Materials和Small的客座编辑，以及Advanced Energy Materials顾问委员会成员。2018年当选香港青年科学院创院院士，2020年当选教育部长江学者讲座教授，2021年当选香港研资局高级研究学者。
转自：“高分子科学前沿”微信公众号
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