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我國有望研制出兼具自傳感和涼感的石墨烯智能運動衣

為了嘗試解決這個問題,并賦予服裝穿戴舒適性,青島大學曲麗君教授團隊和深圳大學張學記教授團隊合作,通過微流控紡絲技術制備了具有多尺度無序多孔結構的彈性纖維(MPPU),該纖維具有非常好的導熱性能,可給人帶來接觸涼感的舒適感受。經石墨烯改性后,研究發現該纖維具有優異的拉伸和溫度傳感性能,可作為傳感單元,通過普通的紡織織造方式,無縫的制作出將應變、溫度傳感和涼感集成于一體的智能運動衣(圖1)。

智能服裝在人體健康監測和自適應等可穿戴領域有著廣泛的應用前景。然而,目前的可穿戴傳感器往往因難以與普通服裝無縫結合而限制了傳感能力和穿戴體驗。

為了嘗試解決這個問題,并賦予服裝穿戴舒適性,青島大學曲麗君教授團隊和深圳大學張學記教授團隊合作,通過微流控紡絲技術制備了具有多尺度無序多孔結構的彈性纖維(MPPU),該纖維具有非常好的導熱性能,可給人帶來接觸涼感的舒適感受。經石墨烯改性后,研究發現該纖維具有優異的拉伸和溫度傳感性能,可作為傳感單元,通過普通的紡織織造方式,無縫的制作出將應變、溫度傳感和涼感集成于一體的智能運動衣(圖1)。

我國有望研制出兼具自傳感和涼感的石墨烯智能運動衣

圖1. 智能運動衣是采用微流控紡絲技術和石墨烯后處理制得的彈性纖維,通過常規織造方式構建而成,兼具自感應和自冷卻的性能。這種智能服裝在人體健康監控和自適應方面存在著廣泛的應用潛力。

我國有望研制出兼具自傳感和涼感的石墨烯智能運動衣

圖2. MPPU纖維的成型機理和自冷效應。a)徑向多孔結構形成過程示意圖。b) MPPU纖維形成過程的時間尺度和不同時間節點上的橫截面SEM照片。c)MPPU10纖維納米和微孔的尺寸分布。d)普通面料與MPPU面料的對比示意圖。e)棉、萊卡、MPPU10面料的紅外光線透過率。f) MPPU彈性纖維的力學性能。g, h) 50g載荷下MPPU10纖維的拉伸行為。

??微流控紡絲技術是近年來新興的一種紡絲技術,利用微流體的層流特性和擴散特性,可通過改變芯片中微通道設計、流體粘度、微通道中流體流速等參數來調控纖維的結構和尺寸,在結構可控功能可設計纖維材料的制備上具有獨特優勢和廣闊的應用前景。本文采用微流控紡絲技術,通過控制紡絲液濃度和微流體在芯片通道內的流速比,制備出具有多尺度無序多孔結構的聚氨酯彈性纖維,并對其在微通道內的形成過程進行了探索研究(圖2)。與普通織物相比,獨特的多尺度無序多孔結構使得MPPU纖維對人體紅外輻射具有較高的透過率,使得皮膚與衣物之間的微環境溫度比同等厚度的棉織物下降至少2.5℃。且通過石墨烯改性后的MPPU纖維還具有高應變系數(GF)和熱阻系數(TCR),因而具有實時的應變和溫度傳感能力,可以用于監測體溫、跟蹤人體運動狀態以及收集心率等生理信號(圖3)。

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圖3. 智能運動衣示意圖及其在人體運動和生命信號監測中的應用。a) 智能運動衣的前、后、側視圖,設計了9個感知區。[email protected]傳感感知區的響應曲線:b)吞咽、c)說話、d)拉伸運動、e)行走、f)擴胸、g)呼吸、h)側扭、i)脈搏、j)手指彎曲。k, l)基于藍牙的無線監測示意圖和照片。m)通過手機APP接收到的各種手指彎曲動作的數據。

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