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Nano Res.[器件]│中国石油大学(华东)智林杰团队:柔性可拉伸智能织物用于电磁干扰屏蔽、电化学储能和应变传感监测

本篇文章版权为智林杰课题组所有,未经授权禁止转载。

背景介绍


柔性可穿戴电子设备在新型人工智能领域发挥着至关重要的作用,而柔性可穿戴传感器作为其中的关键组成部分,正逐渐受到广泛关注。它们可以捕捉人体运动和生物信号,为智能设备提供输入数据,进一步改进人机交互和监测系统。然而,便携的能量存储技术是可穿戴设备的一个关键问题。由于可穿戴设备通常体积小、重量轻,因此需要轻巧而高效的能量存储解决方案来支持其长时间的运行。此外,电磁干扰可能会对电子设备的性能和人体健康带来不利影响,因此提供更好的电磁干扰防护是必要的。因此,迫切需要一种多功能可穿戴设备来满足人们在日常生活中的多样化需求。多功能智能织物作为一种潜在解决方案,可以通过集成传感、能量存储和电磁屏蔽功能来为用户提供更安全和丰富的智能穿戴体验。未来,这些智能织物可以应用于医疗、健康监测、运动、时尚等领域,具有广阔的应用前景。


成果简介


在此,作者展示了一种新开发的MXene/PANI多功能智能织物,该织物集应变传感、电化学储能和电磁屏蔽功能于一体。基于该织物的多功能传感器具有优异的应变监测能力,能够在100%的较大应变和0.5%的微小应变下产生实时信号响应,而且即使经过3000次拉伸释放循环后,也能保持稳定一致的信号响应。该多功能智能织物也表现出优异的电磁屏蔽能力,总屏蔽有效值高达43dB,同时作为超级电容器中的电极,也展现出出色的电化学储能性能,最大比容量和能量密度分别达到522.5 mF/cm2和18.16μWh/cm2。这种多功能智能织物为开发用于各种人工智能应用的柔性可穿戴设备提供了更多机会。


图文导读


利用可拉伸的尼龙织带作为柔性基材,并将导电材料MXene和聚苯胺均匀地负载在织带上,从而构建了具有精细化微纳结构的传感网络。这种导电织物由于MXene和聚苯胺的多种功能特性,还具有出色的电化学储能和电磁屏蔽性能。

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图1.多功能MXene/PANI导电织物的制备与表征

将这种MXene/PANI导电织物组装成超级电容器,其表现出优异的电化学储能性能。

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图2.多功能MXene/PANI导电织物的电化学性能

得益于MXene和聚苯胺对电磁波的有效反射和吸收,该织物具有优异的电磁屏蔽性能。

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图3.多功能MXene/PANI导电织物的电磁屏蔽性能

MXene/PANI导电织物传感器的工作范围为0.5%-100%,灵敏度为16.7,并且在经过3000次拉伸-回复循环后,仍能保持稳定一致的信号。

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图4.多功能MXene/PANI导电织物的应力传感性能

同时,该导电织物传感器能够对人体各种行为进行监测,包括说话、吞咽、运动和姿势等。


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图5.多功能MXene/PANI导电织物用于人体各项行为的监测


作者简介


中国石油大学(华东)富碳材料与智慧能源系统创新团队(CEi)是由国家杰青智林杰教授,依托高端化工与能源材料研究中心于2021年领衔组建。团队聚焦国际前沿技术,致力于富碳材料的精细结构控制、功能调节优化、材料智能化设计、能源器件构建、能源系统集成、能源智能化应用等领域的前沿探索;面向国家经济社会可持续发展重大需求,围绕能源绿色化与石油化工行业节能降碳,开展关键技术攻关与技术服务,解决行业技术转型升级面临的痛点与难点。围绕四个应用研究方向:高效储能技术、能源催化转化技术、材料与器件智能化技术、极端环境应用技术,致力于为智慧能源提供新的技术解决方案!


文章信息


Li X, Sun X, Zhang J, et al. A stretchable fabric as strain sensor integrating electromagnetic shielding and electrochemical energy storage. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6150-8.


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