便攜式可穿戴電子設備越來越成為人體健康監(jiān)測、軟機器人、電子皮膚等領域的研究熱點。而對于柔性電子設備來說，任何小的損傷(例如，裂紋和劃痕)都將降低其導電性能，甚至影響可穿戴式傳感器的正常功能。此外，可穿戴式設備在實際使用過程中，不可避免地受到光照的影響，基于聚合物基質(zhì)的柔性膜可能會在UV光誘導下發(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備有助于解決上述問題，延長器件的使用壽命。而處于工作狀態(tài)的可穿戴設備往往會由于電熱效應產(chǎn)生大量熱量，灼傷穿戴者的皮膚。為了解決可穿戴設備在制備和使用過程中面臨的諸多挑戰(zhàn)，江南大學陳坤林研究團隊設計合成了負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，再將其與含有動態(tài)二硫鍵的支化聚氨酯復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靈敏度。在無機填料和PU之間構建的自修復作用使薄膜可以輕松應對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性能，可適應長期戶外使用。此外，OTN作為相變儲能材料為薄膜提供了隔熱功能，可吸收可穿戴設備在使用過程中產(chǎn)生的熱量，保護穿著者的皮膚不被燙傷。
圖2. 多功能自修復薄膜的SEM照片，光學顯微鏡照片等。
圖3. 涂層的紫外線防護機制
