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北京化工大學(xué):研發(fā)兼具高效熱管理和優(yōu)異電磁干擾屏蔽性能的纖維素基可穿戴傳感器

更新時(shí)間:2025-03-15   點(diǎn)擊次數(shù):24次

可穿戴傳感技術(shù)因傳感范圍寬、響應(yīng)/恢復(fù)時(shí)間快、與人體皮膚貼合等優(yōu)點(diǎn),在智慧醫(yī)療和智能機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而,多功能集成的可穿戴傳感器因其電子元器件容易產(chǎn)生熱量積累,因此可靠性較低、使用壽命較短。此外,可穿戴傳感器不可避免會(huì)產(chǎn)生電磁輻射,從而對(duì)人體健康造成不可逆的損害。因此,設(shè)計(jì)兼具高效熱傳導(dǎo)和優(yōu)異電磁干擾屏蔽性能的可穿戴傳感器迫在眉睫。


成果

纖維素納米纖維(CNFs)來(lái)源于豐富的天然生物質(zhì)資源,因其重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、生物降解性好而被廣泛用于功能器件。北京化工大學(xué)楊丹教授團(tuán)隊(duì)首先采用單寧酸和修飾石墨烯納米片(mGNPs),然后通過(guò)靜電自組裝及真空抽濾將其取向分散在CNFs中,進(jìn)一步通過(guò)熱壓制備出石墨烯納米片密實(shí)層狀分布的復(fù)合材料(CNF/G)。所制備的纖維素基復(fù)合材料中,mGNPs沿CNFs取向分布并與其緊密連接,形成類似人類神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致復(fù)合材料的面內(nèi)導(dǎo)熱率高達(dá)136.2 W/(m·K),電磁干擾屏蔽效率達(dá)到105 dB。同時(shí)該復(fù)合材料還具有出色的拉伸強(qiáng)度(39.88 MPa)和焦耳加熱溫度(141.1°C)。將所制備的纖維素基復(fù)合材料組裝成摩擦電效應(yīng)傳感器,不僅可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng),還可以幫助患者利用莫斯密碼與醫(yī)生進(jìn)行遠(yuǎn)程交流,從而建立醫(yī)患間人機(jī)交互系統(tǒng)。更為重要的是,該纖維素基傳感器具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能,在未來(lái)柔性電子產(chǎn)品、智慧機(jī)器人、個(gè)性化醫(yī)療通信等領(lǐng)域?qū)⒕哂芯薮蟮膽?yīng)用潛力。

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