江南大学王潮霞教授团队 ACS AMI:具有传感、储能、电热能力的多功能织物电子器件
2022-05-11 来源:高分子科技
可穿戴器件的广阔应用前景极大地刺激了织物电子器件的相关工程与技术发展。将功能材料聚吡咯沉积到织物表面能赋予织物一些特殊性能,且这些性能会随着聚吡咯含量的增加而有所提升。然而,因织物自身成分、结构等原因,它们对聚吡咯的负载量存在上限。如何在聚合条件相同情况下进一步提高织物上聚吡咯的负载量,这对于功能织物的性能提升以及实际生产都有着重要意义。
近期,江南大学王潮霞教授团队通过滴涂法在尼龙织带的纤维表面搭建针状β-FeOOH支架(图1),为后续聚吡咯的原位生长提供空间,提高了尼龙织带表面的聚吡咯负载量以及织物的导电性(图2)。由于具有较好的导电性以及较多的聚吡咯负载,PFCNS作为电极表现出更高的电化学性能(图3)。采用叉指并联形式对PFCNS进行集流,使织物相应的电路结构进行重组,进一步提高了所得织物PFCNS的电热温度(图4)。PFCNS还具有应变传感功能,在拉伸和按压情况下都有一定的电阻变化。在将PFCNS用于监测膝盖弯曲活动时,由于膝盖对PFCNS会产生拉伸和按压两种作用效果,结合拉伸和按压两种电阻变化机理对膝盖活动的传感信号曲线进行了分析(图5)。
图1. β-FeOOH浆料和PFCNS的制备及FE-SEM图
图2. PFCNS的导电性及β-FeOOH提高聚吡咯负载量的机理图
图3. PFCNS与对照样PFHNS、PNS的电化学性能测试
图4. PFCNS以及被叉指并联集流后的电热性能测试
图5. PFCNS监测坐下-站起过程中的膝盖活动
该工作是团队关于电热、储能和传感相关研究的最新进展之一。在实际生产中,靠加大原料的投入来提升材料性能会产生更多的成本消耗,如何降低生产成本并提高性能是研究人员需要考虑的。为此,团队采用成本较低的β-FeOOH对织物进行修饰,以及改变集流方式来进一步提高材料的性能。此外,对传感信号进行解析是使传感材料得以应用的关键环节,因而采用了多种电阻变化机理来分析传感信号。近两年来,团队开展了一系列功能纺织品的研究,例如太阳能热管理织物(Energy Storage Mater 42, 2021, 636–644)、光热响应织物(Chem Eng J, 419, 2021, 129553)、基于静电纺丝膜的压阻传感器(Chem Eng J, 426, 2021, 131152)、织物基拉伸传感器(Adv Mater Technol, 7, 2022, 2100675;Chem Eng J, 404, 2021, 126393)、电热变色织物(ACS Appl Mater Interfaces, 12, 2020, 21854?21862)、光热变色织物(J Mater Chem A, 9, 2021, 20565–20575)等。
原文链接:https://doi.org/10.1021/acsami.2c06701
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(责任编辑:xu)
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