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  近日，天津工業(yè)大學(xué)天津市先進(jìn)纖維與儲(chǔ)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張興祥教授團(tuán)隊(duì)在《美國(guó)化學(xué)會(huì)應(yīng)用材料與界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)上發(fā)表題為“Biodegradable Transparent Substrate Based on Edible Starch-Chitosan Embedded with Nature-Inspired Three-Dimensionally Interconnected Conductive Nanocomposites for Wearable Green Electronics”的研究論文。

  該論文提出了一種通過(guò)引入導(dǎo)電聚合物聚(3,4-乙撐二氧噻吩)作為碳納米管/石墨烯的有機(jī)界面粘合劑和導(dǎo)電連接劑，構(gòu)建三維互通導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的方法，并將導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)嵌入到由天然蟹殼與馬鈴薯衍生得到的柔性基底中，制備出高性能石墨烯基導(dǎo)電薄膜，有望用于可穿戴智能電子紡織服裝中。該論文第一作者為博士研究生苗錦雷，通訊作者為張興祥教授。

  可穿戴技術(shù)，又稱為電子紡織品，在兒童及老年人監(jiān)護(hù)、健康醫(yī)療、通訊娛樂(lè)、航空航天、智能服飾等領(lǐng)域有著重要的研究和應(yīng)用價(jià)值，將傳統(tǒng)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)與紡織服裝學(xué)有機(jī)相結(jié)合，是一個(gè)新興的交叉學(xué)科。石墨烯作為單原子層二維碳晶體，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和機(jī)械柔韌性，在柔性可穿戴技術(shù)方面有著巨大的潛在應(yīng)用前景。然而目前，石墨烯宏觀組裝體卻面臨著高的搭接電阻問(wèn)題，使得石墨烯宏觀體所表現(xiàn)出的性能低于石墨烯的理論值。

  為解決此難題，張興祥教授研究團(tuán)隊(duì)在前期工作中引入高導(dǎo)電的銀納米線復(fù)合石墨烯(Chemical Engineering Journal, 2018, 345, 260-270;  Langmuir, 2016, 32, 5365-5372)，增加了石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中的高導(dǎo)電通路，從而有效提高了石墨烯薄膜的光電性能。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了采用導(dǎo)電高分子增強(qiáng)碳納米管與石墨烯之間的界面相互作用的設(shè)計(jì)策略，聚(3,4-乙撐二氧噻吩)高分子鏈通過(guò)與碳納米管和石墨烯共軛結(jié)構(gòu)之間的π-π相互作用，沿著碳納米材料的表面鋪展開(kāi)并盤繞在其表面，將碳納米管與石墨烯物理“交聯(lián)”在一起，不僅有效提高了復(fù)合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的宏觀光電性能，而且還顯著提高了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的宏觀機(jī)械柔韌性。此外，碳納米管和石墨烯還可以經(jīng)膜分離過(guò)程重新加以回收利用，進(jìn)一步用于纖維復(fù)合增強(qiáng)或?qū)щ娞盍蠎?yīng)用中。

圖1. 石墨烯基柔性可穿戴設(shè)備制備過(guò)程及造型展示

  該團(tuán)隊(duì)一直致力于智能紡織品的開(kāi)發(fā)，如智能儲(chǔ)熱調(diào)溫纖維織物等，可以自動(dòng)感知外界環(huán)境溫度的變化從而智能吸收、儲(chǔ)存、重新分配和放出熱量，自動(dòng)調(diào)節(jié)服內(nèi)溫度，使服內(nèi)溫度處于較舒適的范圍，相關(guān)技術(shù)已成功在市場(chǎng)推廣應(yīng)用。

  接下來(lái)，科學(xué)家們將側(cè)重于將這種新型功能材料與傳統(tǒng)商業(yè)化纖維織物/紗線相結(jié)合，從而賦予織物服飾更多柔性電子功能，讓這項(xiàng)技術(shù)盡快投入實(shí)際使用中去。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b04291