搜索:  
西安工程大学樊威/曼彻斯特大学李翼团队 ACS Nano:一种抗汗液干扰、高灵敏有机半导体纤维体温传感器
2023-10-26  来源:高分子科技

  体温是指身体的内部温度。相对恒定的体温是维持人体正常生命活动的重要条件之一。正常人的腋窝温度为36.2?37.2°C。体温超过41°C或低于25°C可能会对身体系统的功能,特别是神经系统产生严重影响,甚至可能威胁生命。2021年在中国甘肃举行的马拉松100公里越野赛中,有21名参赛者因天气突然变化而导致体温过低而死亡。人体对体温的正常调节可因各种疾病而受损,从而导致体温变化。因此,密切监测体温并关注体温变化可以帮助诊断和预防某些疾病。


  近期,西安工程大学樊威教授团队联合英国曼彻斯特大学李翼教授团队将湿法纺丝技术与浸渍技术相结合,一步法制备了一种皮芯结构聚氨酯(PU/石墨烯Graphene包覆(3,4-乙烯二氧噻吩)-(苯乙烯磺酸盐)PEDOT:PSS)的温敏纤维。其与商业棉纱编织成温敏织物,可以在日常活动中不间断的实时监测人体体温。如图1所示,首先使用湿法纺丝的方法制备了PEDOT:PSS纤维,经干燥、去离子水洗涤、再次干燥后,将纤维浸渍入PU和石墨烯的混合溶液中,干燥得到了PU/Graphene@PEDOT:PSS纤维(复合纤维)。该纤维具有良好的柔韧性,可以任意的弯曲打结而不发生断裂。 


1 PU/Graphene@PEDOT:PSS复合纤维的制备流程及形貌 


PEDOT:PSS纤维的表征及温度传感性能


  如图2所示,SEM图表明制备的纯PEDOT:PSS纤维形貌良好(图2a-b),通过EDSFTIR和拉曼光谱分析可以得知纤维在纺丝过程中没有发生化学反应(图2c-e)。探究了不同凝固浴比例、不同水洗时间处理后,纯PEDOT:PSS纤维的电导率和温感灵敏性能(图2e-i)。 


3 PU/Graphene@PEDOT:PSS复合纤维的表征及温度传感性能


  SEM图表明PU/Graphene已成功浸渍在PEDOT:PSS纤维表面(图3a),并对不同石墨烯含量复合纤维的温敏性能、热导率及电导率进行了分析(图3b-d)。PEDOT:PSS复合纤维的温度分辨率为0.1℃(图3e),满足测量人体温度微小变化的要求。PEDOT:PSS复合纤维还具有快速的响应时间(17s)以及良好的循环稳定性(图3g-i)。 


PU/Graphene@PEDOT:PSS复合纤维及其织物的服用性能


  图4展示了PU/Graphene @PEDOT:PSS复合纤维及其织物的相关服用性能。PU/Graphene @PEDOT:PSS复合纤维的温度监测的准确性不受出汗或暴露在有水的环境的影响(图4a)、具有良好的拉伸性能(图4b)、良好的抗弯曲性能以及良好的耐磨性(图4c-d)。此外,PEDOT:PSS复合纤维织成的织物具有与棉织物相当的透气性和透湿性(图4e),悬垂性测试也表明织物具有良好的悬垂性,穿着柔软(图4f)。 


5 PU/Graphene@PEDOT:PSS复合纤维及其织物的应用


  如图5ab所示,红外热像仪和手机上显示相同的温度并且几乎同时响应,表明PEDOT:PSS复合纤维足够准确地监测人体温度。基于这款纤维,作者设计了蓝牙传输模块,使温敏纤维能够监测体温并通过手机将信息转发给相关人员或监护人(图5c-d,可以用于远程医疗以及新冠疫情流行病等的防控。


  该工作以“An Antisweat Interference and Highly Sensitive Temperature Sensor Based on Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)?Poly(styrenesulfonate) Fiber Coated with Polyurethane/Graphene for Real-Time Monitoring of Body Temperature”为题发表在期刊《ACS Nano》上(一区TOPIF = 17.1第一作者及通讯作者为西安工程大学樊威教授,共同通讯作者为英国曼彻斯特大学李翼教授,合作者包括西安交通大学王淑娟副教授,西安工程大学吴帆博士、李云红教授,南京林业大学葛省波教授,西安工程大学硕士研究生刘彤、刘金霖、雷睿心、王婵,南京林业大学研究生叶浩然,安踏(中国)有限公司车秋凌博士。


  该研究得到了国家自然科学基金项目、国家纺织之光基础研究计划、陕西省重点研发计划、陕西自然科学基础研究计划项目、陕西教育厅科研项目等项目支持。


  论文链接https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04246 

  论文可免费下载。

版权与免责声明:中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:info@polymer.cn,并请注明出处。
(责任编辑:xu)
】【打印】【关闭

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯
更多>>科教新闻