点击蓝字
关注我们
摘 要
文章简介
越来越频繁的热浪和寒流对人类的生存构成严重威胁，因此，研发具有生理体征监测和热管理主动调节的服饰便十分重要。基于此，本文通过简单的静电纺丝和3D打印技术开发了一种同时具有生理信号监测和个人热管理功能的多功能纳米纤维基衣服。热管理功能设计方面，将具有高太阳反射率和中红外发射率的热塑性聚氨酯纳米纤维作为辐射制冷面，具有高太阳吸收率的碳纳米管修饰的纳米纤维作为辐射制热面。生理信息监测设计方面，将应变传感器与温度传感器集成于纳米纤维上实现人体呼吸与体温监测。最终，将制备的大面积多功能纳米纤维织物缝制成T恤穿戴于受试者身上。根据不同环境温度，即在炎热或寒冷条件下，受试者可以选择性将辐射制冷或吸光制热面朝外穿戴，可以分别将皮肤温度降低5.4℃或升高3.0℃（与对照组相比），起到了恒定体表温度的作用。
如图1所示，展示了用于智能动态体温调节的全纳米纤维的整体概念图，所有功能层都构建在同一静电纺丝TPU纳米纤维织物上，大面积纺丝织物缝制成衣服，具有日常服饰的柔性和可拉伸性。生理信息传感方面，在其上负载纳米导电颗粒分别得到应变和温度敏感电极，实现呼吸和体温监测。热管理方面，在其上负载黑色CNT实现吸光制热保暖功能，在另一面负载采用本征白色TPU纳米纤维实现辐射制冷功能。
如图3所示，展示了应变传感和温度传感的基本原理、性能参数测试和呼吸监测应用验证。其中，应变传感基于负载于褶皱纳米纤维织物上的纳米导电网络随拉伸形变而发生断裂的效应实现（电阻升高），温度传感基于温升解潮导致负载于纳米纤维织物上的导电聚合物结构收缩的效应实现（电阻降低）。
如图4所示，首先展示了本征TPU纳米纤维织物辐射制冷面的太阳光高反射和大气窗口高辐射性能，与对比样相比能够获得最低的表面温度；然后展示了沉积了CNT吸光制热面的吸光性，随着CNT含量的增加，在整个太阳光谱区内实现了接近1的吸收率，与对比样相比能够获得最高的表面温度。
如图5所示，进行了传感与热管理纳米纤维织物智能衣服的应用验证。在炎热天气下，将本征TPU纳米纤维织物面朝外穿戴，与对比样相比，能够实现体表温度近4度的降低，且呼吸呈现出频率变低且幅度增大的效果；在寒冷天气下，将沉积CNT纳米纤维织物面朝外穿戴，与对比样相比，能够实现体表温度2度多的升高，且呼吸呈现出频率变大且幅度减弱的效果。因此，穿戴者可以根据实际环境温度情况，选择性将不同热学功能面朝外穿戴，通过热管理功能实现恒定体表温度在舒适的温度区间，并通过呼吸生理体征的实时监测实现健康管理。
论文信息
Multifunctional all-nanofiber cloth integrating personal health monitoring and thermal regulation capabilities
Peng Wang, Guifen Sun, Shuaichuang Hua, Wei Yu*, Chuizhou Meng*, Qing Han, | Jeonghyun Kim, Shijie Guo, Guozhen Shen*, Yang Li*
DOI: 10.1002/inf2.12629
Citation: InfoMat, 2024, e12629
点击左下角【阅读原文】，查看论文全文
作者介绍
王鹏：济南大学机械工程学院教师，校聘青年英才岗，研究方向为柔性传感器，重点突破柔性传感在实用化过程中遇到的传感材质柔弹性差、传感器件灵敏度低和可穿戴性差等瓶颈问题。以第一作者/通讯作者在本领域国内外重要期刊InfoMat、Nano Energy、Advanced Fiber Materials、Chemical Engineering Journal、Advanced Electronic Materials等发表论文26篇，其中影响因子大于10的中科院一区Top论文13篇，ESI前1%高被引文章2篇；申请发明专利12项，授权4项；获得天津市创新奖学金1次（2022年），天津市王克昌文化科技奖学金1次，博士研究生国家奖学金2次（2021年与2022年）、河北省优秀研究生毕业生1次（2023年），河北工业大学学术之星1次（2022年）；多次参加学术会议并做分会场报告。
个人主页：
https://faculty.ujn.edu.cn/wangpeng1/zh_CN/index/149227/list.
禹伟，河北工业大学机械工程学院副教授，于2021年清华大学博士毕业后以 “元光学者”人才计划加入河北工业大学。依托智能康复装置与检测技术教育部工程研究中心和河北省机器人感知与人机融合重点实验室，主要从事功能纳米材料改性及其在柔性驱动与传感方面的研究。主持国家自然科学基金青年项目、京津冀基础研究合作项目、教育部“春晖计划”合作项目等多项国家及省部级项目；以第一作者/通讯作者在Nano Lett.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nano Energy等高水平期刊发表学术论文十余篇，以第一发明人身份授权发明专利4项。
孟垂舟：河北工业大学机械工程学院特聘教授，博士生导师。国家级青年人才、河北省海外高层次青年人才。长期从事新型纳米材料和高分子弹性体制备研究及其在生物医学传感、柔性电子皮肤、可穿戴健康设备和健康护理装备上应用开发。国家重点研发计划课题负责人，另承担国家、省、市级别基金和研发项目十余项。累计发表SCI论文80余篇，包括Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，Adv. Funct. Mater.，InfoMat，Adv. Fiber Mater.，Nano Energy，Chem. Eng. J.，IEEE IoT. J.等领域高水平期刊。
沈国震：北京理工大学集成电路与电子学院特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。长期从事低维半导体材料及相关柔性电子器件的研究。以第一完成人身份获北京市科学技术二等奖、中国材料研究学会科学技术一等奖等。现任英国皇家化学会会士、中国材料研究学会理事。发表SCI收录论文300余篇，获引用超过3万，H-index为94。
李阳：山东大学集成电路学院教授，博士生导师，IEEE高级会员，科技部中韩青年科学家、山东省泰山学者青年专家、山东省高校集成电路创新团队带头人、山东省优青、山东省青年科技人才托举工程入选者、齐鲁青年学者，主持国家自然科学基金项目、科技部项目、山东省优秀青年基金项目、山东省重点研发计划项目等省部级以上项目10余项。主要研究领域：新一代半导体材料与器件；“传感存算一体化”芯片系统。已累计发表SCI检索论文100余篇，其中以第一作者/通讯作者在Chem. Soc. Rev.、Matter、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、IEEE Trans. Electron, Dev. 等领域内顶尖期刊上发表中科院一区文章45篇，包含封面文章10篇，授权国家发明专利15项，韩国发明专利11项。
关于InfoMat
《信息材料（英文）》（InfoMat）是由电子科技大学和Wiley出版集团共同主办的国产金色OA学术期刊，聚焦信息技术与材料、物理、能源、生物传感以及人工智能等新兴交叉领域前沿研究，创刊主编为李言荣院士。
● 国产金色OA英文期刊
● 影响因子22.7；CiteScore37.7
● 中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊
● 中科院分区材料科学1区期刊
● 收录于DOAJ、SCIE、Scopus、CSCD、CAS、INSPEC等数据库
● 2022、2023年连续入选中国最具国际影响力学术期刊（Top5%）
● 2021、2022、2023年连续三年获评已进入世界期刊TOP5%
● 发表原创性研究论文、综述、前瞻性论文
期刊主页：http://www.wileyonlinelibrary.com/journal/infomat
投稿链接：https://mc.manuscriptcentral.com/infomat
编辑部邮箱：editorial@info-mat.org
扫描期刊二维码，查看InfoMat主页
猜你喜欢
01 西北工业大学齐卫宏教授、中国科学院刘维民院士InfoMat：基于PdRu亚纳米团簇修饰的MoS2的高性能光电探测器
球分享
球点赞
球在看
