科学研究

时间:2022-12-30  信息来源:   作者:  点击率:

夏治刚教授课题组在《Nano Energy》上发表论文

柔性纱线传感器是智能可穿戴电子产品的关键组件。然而,大规模制造具有多功能和穿着舒适性的高性能纱线传感器仍然是一个挑战。近期,武汉纺织大学徐卫林院士团队的夏治刚教授,携手中科院纳米能源所董凯研究员、华中科技大学苏彬教授,受DNA双螺旋稳定结构的启发,通过摩擦包芯复合的液流纺纱技术(图1),开发了一种基于液态金属的双螺旋包芯,实现了柔性纱线传感器的大量生产,用于人体运动监测、能量收集和热管理

1. 多功能液态金属基纱线传感器的制备过程

硅橡胶赋予纱线低迟滞并且稳定的拉伸回复性能。此外,由于纱线稳定的双螺旋和多级结构,纱线及其织物表现出柔韧、透气、且综合优势(图2

2. 多功能纱线传感器机械性能和耐水洗及透气性能

双螺旋包芯纱线通过将两根导电中空丝并捻,形成了柔性电容器结构。受拉伸作用力,该纱线传感器的两根导电丝之间接触面积增加,因此纱线传感器的电容随拉伸应变增加而增大,且表现出良好的工作范围 (100%)、高灵敏度、超低滞后、稳定和高耐用性(6000次循环),可应用于可穿戴传感应用(图3

3. 多功能纱线传感器的电容传感机理及其应用

用该纱线传感器制备的织物,表现出优异的摩擦电学性能:50 V开路电压VOC500 nA短路电流ISC100 nC短路转移电荷QSC。该纱线及织物实现了能量传输、无接触传感,自供能传感并可有效驱动各种电子设备(图4

4. 多功能纱线传感器的能量收集及自供能传感应用

此外,由于液态金属的高导电性多功能纱线传感器的电热响应快速,展现出优异的电热致变色和保温性(图5,在智能纺织品、柔性可穿戴设备和布态人机界面方面有巨大潜力。

5. 多功能纱线传感器的电热性能及其应用

该工作以Large-scalable fabrication of liquid metal-based double helix core-spun yarns for capacitive sensing, energy harvesting, and thermal management为题发表在《Nano Energy》上(DOI10.1016/j.nanoen.2022.108078,第一作者为Deakin-WTU联合培养博士付驰宇、唐文杨、武汉纺织大学研究生缪莹、徐傲通讯作者为武汉纺织大学徐卫林院士,中科院纳米能源所董凯研究员、华中科技大学苏彬教授和武汉纺织大学夏治刚教授。该工作获得湖北省科学技术厅重点研发计划等项目的大力支持。

夏治刚教授课题组,致力于纤维及其集合体加工新技术,尤其是纺纱新技术及其装备方面的科研、教学和研究生培养工作,近几年获武汉纺织大学本科课堂教学质量奖一等奖,指导学生获全国大学生竞赛特等奖、一等奖等,主持完成了国家工业和信息化部智能制造新模式应用项目-子课题1项、国家自科基金1企业横向课题项。Advanced Functional MaterialComposites Part B: EngineeringTextile Research Journal纺织学报等杂志上发表学术论文30余篇,授权美国发明专利5项,授权中国发明专利70余项。获湖北省科学技术发明一等奖、中国纺织工业联合会优秀专利金奖等。

链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.108078



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