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近日,青島大學物理科學學院副教授孫斌與上海交通大學黃興義教授、中國科學院院士、上海大學張教授合作開發了高性能柔性可穿戴應變傳感器,具有高效的熱管理能力,可用于實時運動監測和分析。基于上述實驗結果的研究論文A high perfor ** nce wearable strain sensor with advanced ther ** l ** nagement for motion monitoring國際頂 尖學術雜志《自然通訊》(Nature Communications)接收并發表。物理學院是本論文的第 一作者單位和第 一通訊單位,第 一作者是2020年物理碩士譚岑孝,孫斌、黃興義、張統一是本論文的共同通訊作者。
對于柔性可穿戴電子設備,除了設備本身的功能外,還有兩個值得注意的問題:一是電子設備在運行過程中會產生大量的熱量,累積的熱量會影響設備的功能,甚縮短設備的使用壽命。目前,柔性電子設備的包裝是PDMS、環氧樹脂等,不利于設備的散熱;二是設備的安全設備本身不能對人體造成任何安全風險。
基于上述原因,本工作對柔性可穿戴應變傳感器進行了獨特的結構設計:當設備變形時,由石墨烯納米帶組成的導電網可用于實時監測人體運動;導熱層由熱塑性聚氨酯彈性橡膠混合氮化硼納米片(TPU)膜構成,設備使用過程中產生的熱量可中產生的熱量傳遞到空氣中;熱絕緣層(TPU纖維膜)能有效防止熱量在器件和人體皮膚界面積累,保證人體安全。
同時,TPU纖維膜的多孔結構也保證了皮膚的透氣性。此外,導熱層和熱絕緣層由TPU因此,兩層材料具有良好的互溶性,可以將石墨烯納米帶牢牢地限制在設備中,避免納米材料可能產生的毒性對人體細胞的損傷。本工作為柔性可穿戴設備的制備提供了新的思路,具有廣闊的應用前景。
以上工作還得到了龍云澤教授、郭向新教授、趙海光教授、上海交通大學江平開教授、復旦大學周兆才教授、上海大學江金武教授、蘇州大學趙燕教授、青島大學水上運動中心的指導和無私幫助。
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