輕工學(xué)院馬建中教授團(tuán)隊(duì)在柔性可穿戴功能材料領(lǐng)域發(fā)表系列重要研究成果

近期，我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院（柔性電子學(xué)院）馬建中教授團(tuán)隊(duì)在柔性可穿戴功能材料方面開展系列研究工作，在國際權(quán)威期刊Advanced Science（IF = 14.3）、Advanced Functional Materials（IF = 18.5）、Advanced Fiber Materials （IF=17.2）、《Engineering》（IF=10.1）等發(fā)表重要研究論文。

寒冷環(huán)境中維持人體的熱舒適性對(duì)人體各項(xiàng)機(jī)能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。傳統(tǒng)室內(nèi)取暖措施（暖氣、空調(diào)及火爐等）消耗的能源約占全球能耗的47%，會(huì)產(chǎn)生大量的CO2，加劇了能源危機(jī)和溫室效應(yīng)。此外，第五代移動(dòng)通信的快速發(fā)展和移動(dòng)電子設(shè)備的廣泛普及產(chǎn)生了大量的電磁干擾（EMI），給人類健康和環(huán)境帶來了風(fēng)險(xiǎn)。因此，開發(fā)先進(jìn)的功能材料來保障人類的個(gè)人健康管理（PHM）至關(guān)重要。

本文選取棉織物為基材，銀漿（AgPA）為導(dǎo)電填料，通過絲網(wǎng)印刷制備了一種能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓驅(qū)動(dòng)的電加熱，且兼具光熱和輻射制熱性能的個(gè)人熱管理棉織物。利用AgPA的高導(dǎo)電性、良好的太陽光捕獲能力和低發(fā)射率特性，賦予棉織物電加熱、太陽光加熱和輻射制熱性能，同時(shí)還保持著棉織物的可穿戴性。PHM紡織品的電導(dǎo)率約為1.6×104 S m-1，1.7 V低電壓下的電加熱溫度約為134 ℃，EMI屏蔽效能約為56 dB。此外，PHM紡織品還具有可操作的可擴(kuò)展性和舒適的穿著性。這項(xiàng)創(chuàng)新工作為PHM紡織品的設(shè)計(jì)開辟了新途徑，并為大規(guī)模生產(chǎn)提供了有利的保證。

相關(guān)成果以“A Scalable and Robust Personal Health Management Textile with Multiple Desired Thermal Functions and Electromagnetic Shielding”為題，發(fā)表在Advanced Science（IF = 14.3）上。陜西科技大學(xué)為論文唯一通訊單位，論文第一作者為輕工學(xué)院2020級(jí)博士研究生唐立濤，輕工學(xué)院馬建中教授、呂斌教授和高黨鴿教授為論文共同通訊作者。

近年來，現(xiàn)有壓阻傳感器的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)多為各向同性，無法識(shí)別機(jī)械刺激的方向，嚴(yán)重限制了其在智能機(jī)器人和復(fù)雜人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。受來自人體體感系統(tǒng)中的皮膚和肌肉的結(jié)構(gòu)和生理功能的啟發(fā)，本文通過構(gòu)建各向異性結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和集成對(duì)特定方向響應(yīng)的子傳感器，開發(fā)了一種多重機(jī)械刺激識(shí)別型多維傳感器。得益于子傳感器間的高效集成和各向異性傳感，集成型多維傳感器不僅能夠識(shí)別面內(nèi)應(yīng)變、法向壓力和剪切力，還能夠測(cè)量面內(nèi)應(yīng)變的大小和方向，具有10.74的優(yōu)異應(yīng)變方向選擇性，為開發(fā)多種機(jī)械刺激型多維傳感器提供了新思路。

相關(guān)成果以“Bioinspired Integrated Multidimensional Sensor for Adaptive Grasping by Robotic Hands and Physical Movement Guidance”為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials（IF = 18.5）上。陜西科技大學(xué)為論文唯一通訊單位，輕工學(xué)院2019級(jí)博士研究生雷鵬為該論文的第一作者，輕工學(xué)院馬建中教授、鮑艷教授和張文博副教授為論文共同通訊作者。

高性能柔性壓阻傳感器在人造電子皮膚、可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域備受關(guān)注，利用微納加工技術(shù)構(gòu)筑兼具寬傳感范圍和高靈敏度的纖維基壓阻傳感器具有重要意義。本文通過水熱法在聚氨酯纖維膜表面原位生長(zhǎng)ZnO納米線陣列，并通過超聲作用在陣列間插入MXene片。最后，通過預(yù)拉伸-釋放和面對(duì)面堆疊獲得了兼具寬傳感范圍和高靈敏度的基于全向梯度褶皺結(jié)構(gòu)的聚氨酯纖維膜基壓阻傳感器。

相關(guān)成果以“Synergy of ZnO Nanowire Arrays and Electrospun Membrane Gradient Wrinkles in Piezoresistive Materials for Wide-Sensing Range and High-Sensitivity Flexible Pressure Sensor”為題，發(fā)表在Advanced Fiber Materials（IF = 17.2）上。陜西科技大學(xué)為論文唯一通訊單位，輕工學(xué)院2019級(jí)博士研究生雷鵬為該論文的第一作者，輕工學(xué)院馬建中教授、鮑艷教授和張文博副教授為論文共同通訊作者。

皮革以其保暖、耐用等特性深受人們的喜愛，本文報(bào)道了一種基于具有抗菌性的生物質(zhì)原料香草醛和具有優(yōu)異光熱轉(zhuǎn)換性能的二維納米片層材料MXene，通過細(xì)乳液聚合法以及超聲空化作用，制備出兼具保暖和抗菌性的生物質(zhì)基水性納米復(fù)合皮革涂層材料。該新型皮革涂層材料可有效解決傳統(tǒng)石油基皮革涂層材料制備過程中，使用2B類致癌物苯乙烯（St）的污染問題，并賦予皮革制品保暖性和抗菌性，提升了皮革制品的檔次。該研究不僅有助于實(shí)現(xiàn)冬季基于太陽光的零碳供暖，減少化石燃料的使用和溫室氣體的排放，而且提高了皮革抵御有害細(xì)菌、病毒和其他微生物入侵的能力，對(duì)皮革制品的功能化、高端化以及皮革工業(yè)的“減碳降污”發(fā)展具有重要意義。

相關(guān)成果以“Bio-Based Waterborne Poly(Vanillin-Butyl Acrylate)/MXene Coatings for Leather with Desired Warmth Retention and Antibacterial Properties”為題，發(fā)表在中國工程院院刊《Engineering》（IF=10.1）上。陜西科技大學(xué)為論文唯一通訊單位，輕工學(xué)院馬建中教授為該論文的第一作者和唯一通訊作者。

以上研究成果得到國家自然科學(xué)基金（22378250，22378253，22078188，52073164、21908141和21838007）、陜西省創(chuàng)新能力支持計(jì)劃（2021TD-16）等項(xiàng)目支持。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1002/advs.202400687

https://doi.org/10.1002/adfm.202313787

https://doi.org/10.1007/s42765-023-00359-4

https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.06.005

（核稿：劉國棟 編輯：趙誠）