可穿戴熱管理與電磁屏蔽功能復(fù)合材料

具有焦耳發(fā)熱、電磁屏蔽和應(yīng)力應(yīng)變傳感等功能的智能可穿戴電子設(shè)備在能量轉(zhuǎn)換、電子皮膚和人工智能等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。銦錫氧化物（ITO）由于其低電阻和高透明特性已被廣泛用于可穿戴電子設(shè)備，然而其低柔性、高脆性、慢速電熱響應(yīng)和復(fù)雜的制備工藝等缺點嚴重限制了在很多領(lǐng)域的應(yīng)用。以聚合物彈性體如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯（PU）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）等為柔性基體制備可穿戴電子設(shè)備成為最近的研究熱點，但存在柔軟度和生物相容性低、與人體皮膚長期接觸時透氣性和穿戴舒適性差等問題。且目前常用的制備方法如浸涂、層層（LBL）組裝、冷凍干燥和化學氣相沉積（CVD）等存在制備工藝復(fù)雜、成本高、材料結(jié)構(gòu)及工作性能穩(wěn)定性差等問題。此外，將焦耳發(fā)熱、電磁屏蔽和應(yīng)力應(yīng)變傳感等多種功能集成于可穿戴電子設(shè)備一體也是亟待解決的技術(shù)難題。

針對以上問題，西北工業(yè)大學化學與化工學院馬忠雷副教授和顧軍渭教授以天然皮革為基體，通過簡便高效的真空輔助抽濾工藝制備了兼具可視化焦耳發(fā)熱、電磁屏蔽和壓阻傳感功能的多功能層級結(jié)構(gòu)AgNW/皮革復(fù)合材料，在能量轉(zhuǎn)換、電子皮膚和人工智能等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力。高導(dǎo)電AgNWs在真空輔助抽濾的作用下進入皮革肉面的多孔結(jié)構(gòu)中，與膠原纖維束形成物理相互纏繞和氫鍵相互作用，并構(gòu)筑形成高效的3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。在2.5 g/m2的低AgNW面積密度下，AgNW/皮革復(fù)合材料在2.0 V低外施電壓下的焦耳發(fā)熱溫度達到108 °C，EMI SE達到55 dB，方阻僅為0.8 Ω/sq，且在人體動作識別中表現(xiàn)出高靈敏的壓阻傳感能力（響應(yīng)時間小于50 ms）。AgNW/皮革復(fù)合材料還擁有優(yōu)異的耐熱性（熱降解溫度為300 °C）、拉伸強度（16.7 MPa）、疏水性和工作穩(wěn)定性。

圖1. 層級結(jié)構(gòu)AgNW/皮革復(fù)合材料的可視化焦耳發(fā)熱性能

圖2. 層級結(jié)構(gòu)AgNW/皮革復(fù)合材料的電磁屏蔽性能與機理

圖3. 層級結(jié)構(gòu)AgNW/皮革復(fù)合材料的壓阻傳感性能與機理

以上成果在線發(fā)表于國際著名期刊《德國應(yīng)用化學》（Angewandte Chemie），西北工業(yè)大學化學與化工學院化學與化工學院馬忠雷副教授為第一作者，陜西科技大學化學與化工學院向小蓮為共同第一作者，通訊作者為西北工業(yè)大學化學與化工學院化學與化工學院顧軍渭教授。本研究工作得到了國家自然科學基金（U21A2093和51903145）、陜西省自然科學基礎(chǔ)計劃杰出青年基金項目（2019JC-11）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費資助項目（D5000210627）、陜西省輕化工助劑化學與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心開放基金項目（XTKF-2020-04）、高分子電磁功能材料陜西省“三秦學者”創(chuàng)新團隊以及2021年度博士論文創(chuàng)新基金（CX2021107）的資助和支持。

論文鏈接：

Multifunctional Wearable Silver Nanowire Decorated Leather Nanocomposites for Joule Heating, Electromagnetic Interference Shielding and Piezoresistive Sensing Zhonglei Ma, Xiaolian Xiang, Liang Shao, Yali Zhang, Junwei Gu Angew. Chem. Int. Ed.,2022, DOI: 10.1002/anie.202200705

審核編輯 ：李倩