便攜式可穿戴電子設(shè)備越來越成為人體健康監(jiān)測(cè)、軟機(jī)器人、電子皮膚等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。而對(duì)于柔性電子設(shè)備來說，任何小的損傷(例如，裂紋和劃痕)都將降低其導(dǎo)電性能，甚至影響可穿戴式傳感器的正常功能。此外，可穿戴式設(shè)備在實(shí)際使用過程中，不可避免地受到光照的影響，基于聚合物基質(zhì)的柔性膜可能會(huì)在UV光誘導(dǎo)下發(fā)生降解。開發(fā)具有整體自愈性能且抗紫外線輻射的柔性電子設(shè)備有助于解決上述問題，延長(zhǎng)器件的使用壽命。而處于工作狀態(tài)的可穿戴設(shè)備往往會(huì)由于電熱效應(yīng)產(chǎn)生大量熱量，灼傷穿戴者的皮膚。為了解決可穿戴設(shè)備在制備和使用過程中面臨的諸多挑戰(zhàn)，江南大學(xué)陳坤林研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了負(fù)載有十八烷的二氧化鈦納米膠囊(OTNs)-石墨烯/多支鏈聚氨酯(PU)混合柔性多功能自愈合薄膜。研究成果以Self‐Healing Titanium Dioxide Nanocapsules‐Graphene/Multi‐Branched Polyurethane Hybrid Flexible Film with Multifunctional Properties toward Wearable Electronics為題，發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。
圖1. 具有自我修復(fù)能力的多功能可穿戴傳感器的制造
文中合成了包封有十八烷(OTN)的TiO2納米膠囊，通過偶聯(lián)作用使其嫁接在改性石墨烯表面，再將其與含有動(dòng)態(tài)二硫鍵的支化聚氨酯復(fù)合即可得到多功能涂層。最后在65°C和2 MPa下將涂層熱壓到棉織物上開發(fā)可穿戴傳感器。分散良好的石墨烯可確保在不同的彎曲角度，彎曲頻率和工作電壓下都具有較高的感測(cè)靈敏度。在無機(jī)填料和PU之間構(gòu)建的自修復(fù)作用使薄膜可以輕松應(yīng)對(duì)使用中的刮擦和損壞。基于TiO2和石墨烯的協(xié)同作用提升了材料的紫外線防護(hù)性能，可適應(yīng)長(zhǎng)期戶外使用。此外，OTN作為相變儲(chǔ)能材料為薄膜提供了隔熱功能，可吸收可穿戴設(shè)備在使用過程中產(chǎn)生的熱量，保護(hù)穿著者的皮膚不被燙傷。
圖2. 多功能自修復(fù)薄膜的SEM照片，光學(xué)顯微鏡照片等。
圖3. 涂層的紫外線防護(hù)機(jī)制
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