纺织材料为人类提供了不可缺少的物理保护，但还需进一步开发纺织品的功能，使其在个人健康监测、健康护理、智能传感等领域发挥更大的价值。银纳米线在新兴的可穿戴电子设备方面有很大的潜力。目前，银纳米线的制备方法主要有紫外(UV)光照射法、模板法、溶剂热法和多元醇法等。紫外光照射法是一种光还原法，只有与紫外光接触的反应物才能被触发并还原为最终产物，容易出现产物不均匀，还原效率低等问题。模板法通过控制模板的形状来调节最终产物的形状，分为硬模板法和软模板法。硬模板法具有较强的可控性，但需要预制模板，且纯化过程较为复杂。软模板法的纯化过程方便，但产品的形态难以控制。多元醇法和溶剂热法工艺简单，产率高，可规模化生产，是目前工业化生产银纳米线的主要两种方法。然而，这两种方法往往需要高温高压等条件，且大多引入大量乙二醇、丙二醇或丙三醇等易污染环境的化学试剂作为还原剂和溶剂。因此，开发一种简单、绿色、节能、无需高温高压的方法，在温和的条件下合成高长径比的银纳米线，已成为当前银纳米线基柔性可穿戴器件研究热点之一。
近日，苏州大学纺织与服装工程学院邢铁玲教授、陈国强教授团队以生物质咖啡酸为还原剂和锚定剂，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为模板剂，室温下在棉织物表面原位生成直径为40~60nm、长度为40~60μm的高长径比AgNWs。所制备的柔性AgNW/棉织物方块电阻为0.23Ω/sq，具有优异稳定的导电性能以及良好的物理性能。此外，AgNW/棉织物在能量转换、压力/温度传感和电磁屏蔽等方面也表现出优秀的应用潜力，有望用于灵活、透气、多功能柔性可穿戴器件领域。
图1. 多功能AgNW/棉织物的制备
受益于高长宽比的银纳米线网络，柔性AgNW/棉织物拥有出色的导电性，其片状电阻为0.23 Ω/sq。当与一个小灯泡（3W）串联在一个大约10V的恒定电压电路中时，小灯泡可以被成功点亮。循环伏安法（CV）和电化学阻抗光谱法（EIS）测试AgNW/棉织物的电化学性能结果显示：AgNW/棉织物电极的CV曲线面积随着扫描速率的增加而增加，且具有良好的对称性，表明其在电极/电解质界面有明显的电容行为和良好的电荷传播。
图2. AgNW/棉织物的导电性及其电化学特性
低电阻的AgNW/棉织物在给定电压下显示出优异的焦耳加热性能。AgNW/棉织物的表面温度可以在30秒内迅速达到稳定值。在12V电压下，AgNW/棉织物的表面温度从室温（≈29℃）迅速上升到54.8℃，位于41℃至77℃的合适治疗温度范围内，适合用于可穿戴式热疗保暖和缓解疼痛；AgNW/棉织物在六个电加热-冷却循环内表现出可重复的热反应，并能在近600秒的时间内保持极其稳定的表面温度，在实际热管理应用中具有出色的长期焦耳加热安全性。
图3. AgNW/棉织物的电-热转换特性
由于对太阳光谱的广泛吸收和局部表面等离子体共振（LSPR）效应，银纳米材料表现出很高的光热转换性能，这有望实现对太阳能的高效利用。在250 W紫外灯照射下（d = 15 cm），AgNW/棉织物的表面温度迅速上升，在146 s时达到86.2 ℃的饱和温度并保持稳定，而原棉织物在相同的照射时间内仅达到32.4℃。与原棉织物相比，AgNW/棉织物具有明显的光热转化性能，约为原棉织物的2.66倍。在恒定的照射强度下，经历重复多次光照-冷却过程的AgNW/棉织物再次通过光热转换达到的饱和温度值基本保持不变，显示了该器件作为可穿戴加热器的加热稳定性、可调节性和安全稳定性。
图4. AgNW/棉织物的光热转换性能
得益于稳健的导电网络，AgNW/棉织物表现出优异的压力传感性能。AgNW/棉织物压力传感器在不同压力下电流-电压（I-V）曲线的斜率随着施加的压力逐渐增大，并与压力的增加呈正相关，这意味着AgNW/棉织物压力传感器的电阻随着压力的增加而减小。AgNW/棉织物压力传感器的相对电阻变化与施加压力（0-31.2千帕）之间的关系曲线可分为三个区间。在0 - 5 kPa的外部压力下，传感器显示出S1= - 53% kPa-1的高灵敏度，这可以归因于棉纤维的微纳米多孔结构在外部压力下的轻微压缩和变形。在5 - 12.5 kPa的压力范围内，灵敏度约为S2= - 12.8% kPa-1，这得益于银纳米线相互之间或银纳米线与纤维之间在较高压力下的紧密结合，形成银纳米线高效导电网络。而在12.5-31.2kPa的外部压力下，灵敏度下降到-5.6% kPa-1。在这种压力下，稳健的银纳米线导电网络已经形成，所以只能观察到相对电阻的较小变化。AgNW/棉织物传感器具有很高的灵敏度，甚至可以检测到加载和卸载植物叶片（73.1毫克）引起的微小变化。当AgNW/棉织物传感器被贴在志愿者的喉咙、手指、手腕和膝盖等身体部位时，AgNW/棉织物传感器可以实时监测和反馈关节运动和生理信号（图5, 6），并显示出良好的响应性和可重复性。AgNW/棉织物传感器具有快速响应性、高灵敏度、低检测限以及优异的稳定性，将是柔性可穿戴设备领域中极具吸引力的候选产品。
图5. AgNW/棉织物的压力传感性能
图6. AgNW/棉织物实时健康监测
随着无线通信技术的快速发展和电子设备向小型化、高功率和高集成化发展，人们的生活越来越离不开电子设备。电磁干扰（EMI）问题对人类健康构成了严重威胁。AgNWs可以抑制电磁泄漏，保护电子设备免受磨损，在电磁屏蔽方面有更多的应用。因此，在纺织品中引入银纳米线（AgNWs）可以有效提高纺织品的EMI屏蔽效果。0.225 mm的AgNW/棉织物可以表现出≈38.2分贝的EMI SET，满足实际工业应用的要求（EMI SET>20分贝）。考虑到改性织物的厚度只有约0.225毫米，当复合两层或更多层的改性织物时，可以实现更高的EMI SET。其对电磁波的吸收（SEA）大于对电磁波的反射（SER），是一种基于吸收的EMI屏蔽机制。
图7. AgNW/棉织物电磁屏蔽性能
综上所述，该研究展示了一种利用天然多酚咖啡酸在棉织物表面室温下原位合成银纳米线以及制备多功能AgNW/棉织物的方法。 该研究成果近期发表在国际重要期刊《Chemical Engineering Journal》上(Chem. Eng. J, 2023, https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144620)。论文通讯作者为苏州大学纺织与服装工程学院教授邢铁玲，第一作者为苏州大学博士生邢丽丽。该成果得到国家自然科学基金（51973144, 51741301）、江苏省纺织印染节能减排与清洁生产工程技术研究中心(ERC-Q811580722)研发资金的支持。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472303351X
