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北航蔡军教授课题组CEJ：仿生多功能柔性导电织物用于吸收为主的电磁屏蔽、热管理及应变传感

花匠小妙招
2025-03-10 16:19

柔性导电织物具有透气、耐久、可变形及多功能优势，广泛用于可穿戴电子、生物医疗、军事装备等领域。随着智能电子器件快速发展，多功能柔性导电织物需求日益迫切。面向可穿戴电子和医疗保健设备，不仅要具备高效电磁辐射吸收和屏蔽能力，还要实现优异的应变感知和热管理，而构建高导电强吸收网络是提升柔性导电织物性能的前提和挑战。

近期，北京航空航天大学机械工程及自动化学院蔡军教授课题组提出了一种新颖的仿生自组装策略，制造出具有吸收为主的电磁屏蔽、热管理和应变传感等优异综合性能的多功能柔性导电织物。相关研究成果以“Bio-inspired flexible versatile textiles for excellent absorption-dominated electromagnetic interference shielding, thermal management, and strain sensing”为题发表在国际期刊Chemical Engineering Journal。论文第一作者是北航机械学院博士生陈腾，通讯作者是北航卓越百人博士后龚德。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目的资助支持。

概念图仿生多功能柔性导电织物

肌肉纤维是由多层结缔组织包围的肌原纤维组成，该结构赋予其拉伸收缩、神经信号感知传输、以及运动产热等复杂功能。受肌肉纤维分层结构启发，论文提出一种多层自组装策略，通过在织物纤维上紧密包覆多层纳米颗粒来制造多功能柔性织物，不仅实现以吸收为主的电磁屏蔽，还赋予其类似肌肉纤维的功能（如应变感知、电加热）。

在本项工作中，根据电导率从高到低，依次将不同纳米颗粒涂覆在预拉伸织物上。其中，AgNP和AgNW用于构建最内层三维交联高导电网络，再将MXene通过氢键组装实现导电网络机械增强，最后将FeCo-C通过静电吸附组装形成最外层，与MXene共同构建强吸收网络。得益于超高电导率（14075.3 S·m-1），该织物具备可靠的电磁屏蔽（拉伸/弯曲循环后SE ~ 85 dB）和优异的电加热性能（1.8 V可达116.3 °C）。基于FeCo-C和MXene的电磁吸波网络，其在0-75%拉伸应变范围内具有以吸收为主的电磁屏蔽（SEmax = 86.5 dB，Rmin= 0.168）。该织物还可实现灵敏的应变传感，具有较大的线性工作范围（5-60%，R2 = 0.995）和快速响应特性，可用于人体运动监测，其透气性良好，保证了长期穿戴的舒适性。该研究提出了一种多功能柔性导电织物的仿生制造方法，展现出在可穿戴电子等领域的应用潜力。

图1 仿生多功能柔性导电织物的制备工艺

图2 纳米颗粒及导电织物表征；织物导电性及透气性展示

图3 仿生多功能柔性导电织物的电磁屏蔽性能

图4 仿生多功能柔性导电织物的电磁屏蔽机制及性能比较

图5 仿生多功能柔性导电织物的应变传感性能

图6 仿生多功能柔性导电织物的电加热性能

论文信息：
Teng Chen, Jun Cai, Xiang Cheng, Shuoming Cui, Deyuan Zhang, De Gong*. Bio-inspired flexible versatile textiles for excellent absorption-dominated electromagnetic interference shielding, thermal management, and strain sensing, Chemical Engineering Journal, 2023, 477, 147116.

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147116

来源：高分子科学前沿

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所属分类：花卉