同济大学环境工程考研，同济大学环境工程考研分数线
【研究背景】
电子纺织品（E-textiles）由于其固有的轻质柔性和高透气特征，在人机交互、柔性显示和健康监护等下一代可穿戴电子器件领域具有巨大的应用前景。然而受限于强有力的材料组合导致目前的电子纺织品的性能差强人意。因此，在不恶化纺织品固有性能的前提下，如何通过强有力的材料组合、合理的结构设计和高效的加工技术，多举措并举，开发高性能多功能电子纺织品具有重大意义。
近期，安徽工程大学郑贤宏副教授联合同济大学曹文涛博士提出了一种混合维度组装策略和丝网印刷技术构筑了一种高性能多功能自驱动压力传感器。通过将2维MXene纳米片和1维银纳米线混合组装构筑了一种织物基压力传感器传感电极，并且通过丝网印刷技术构筑了一种基于织物基超级电容器和压力传感器的自驱动压力传感器件，该器件可以将织物基超级电容器存储的能量为传感器供能，实现了移动式储能和驱动传感双重功能，并具有优异的焦耳热性能和电磁屏蔽性能。该自驱动压力传感器具有优异的电化学性能和压力传感性能，例如，高比电容（2390 mF cm-2）、高灵敏度（474.8 kPa-1）、低检测限（1 Pa）、快速响应和恢复时间（140/30 ms）。此外，基于混合维度组装制备的MXene/AgNW复合织物展现出超高的电热温度（152 °C，4V）和超快的升温速率（10.4 °C s-1）以及优异的电磁屏蔽性能（屏蔽效能~66.4 dB）。该研究以题为“Versatile Electronic Textile Enabled by a Mixed-Dimensional Assembly Strategy”的论文发表在最新一期《Small》上，文章共同第一作者为安徽工程大学郑贤宏副教授和同济大学曹文涛博士，通讯作者为安徽工程大学李长龙教授和同济大学曹文涛博士。安徽工程大学为第一作者单位。
【多功能MXene/AgNW复合织物的构筑】
通过原位氢氟酸刻蚀法制备单分散MXene分散液，并将制备的MXene纳米片和银纳米线结合，对非织造布进行修饰改性，制备的MXene/AgNW复合织物作为压力传感器的传感电极；通过丝网印刷技术在非织造布表面构筑MXene基超级电容器叉指电极和压力传感器叉指电极，最后通过器件组装制备了基于MXene基织物超级电容器和MXene/AgNW基织物压力传感器的自驱动压力传感器阵列（图1）。制备的自驱动压力传感器具有优异的压阻性能、电热性能和电磁屏蔽性能，可以用于人体健康监测、个体防护、个人热量管理等领域。
图1.多功能MXene/AgNW复合织物制备示意图
【MXene/AgNW复合织物的表征】
制备的MXene/AgNW复合织物具有优异的导电性、柔韧性、稳定性和透气性（图2），其透气率可高达1030 mm s-1，完全可以满足服装透气性的基本要求。基于MXene油墨丝网印刷工艺构筑的MXene基叉指电极的精度可以高达50 μm，并且压力传感器叉指电极具有近乎开路的极间电阻和较小的极内电阻（22.3 Ω cm-1），可以媲美商业化叉指电极，在织物基柔性电子电路的制备上展现出巨大的应用潜力。MXene基超级电容器电极内部MXene均匀成膜，具有较好的电极结构。
图2. MXene/AgNW复合织物基本结构和性能表征
【自驱动压力传感器的电化学和压阻性能】
将制备的MXene基织物压力传感器和超级电容器通过器件组装，制备的自驱动压力传感器的电化学性能和压力传感性能如图3所示，其比电容和能量密度可分别高达2390 mF cm-2、119.5 µWh cm−2。制备的自驱动压力传感器呈现明显的电流-电压线性响应，表明电极层和传感层之间较好的欧姆接触，并且传感器的灵敏度可高达474.8 kPa-1，并具有极小的检测限（1 Pa）和快速响应和恢复时间（140/30 ms），其传感性能超过了绝大多数文献报道的压力传感器，在手势识别、智能键盘（图4）、人机交互等领域具有潜在的应用前景。
图3.电化学性能和压阻性能
图4.自驱动压力传感器的应用
【MXene/AgNW复合织物的电热和电磁屏蔽性能】
MXene/AgNW复合织物在较小的驱动电压下（4V），其表面温度可以高达152 °C，并且具有超快的升温速率（10.4 °C s-1），其电热性能超过了绝大多数电子纺织品，并且可以将其作为可穿戴电热器件用于人体热理疗和人体热量管理（图5）。此外，MXene/AgNW复合织物还具有优异的电磁屏蔽性能（图6），单层织物的电磁屏蔽效能可高达50 dB，并且展现出以反射为主的屏蔽机制。MXene/AgNW复合织物的电磁屏蔽效能还可以通过提高织物叠加层数进一步提升，双层织物的电磁屏蔽性能可以提高到66.4 dB，并且具有较大的厚度比屏蔽效能。
图5. MXene/AgNW复合织物电热性能
图6. MXene/AgNW复合织物电磁屏蔽性能
【总结】
综上，作者提出了一种混合维度组装策略开发了一种高性能多功能电子织物。通过将2维MXene纳米片和1维银纳米线混合组装构筑了一种织物基压力传感器传感电极，并且通过丝网印刷技术构筑了一种基于织物基超级电容器和压力传感器的自驱动压力传感器件。该自驱动压力传感器具有灵敏度高、检测区间广、检测限低、响应恢复时间短、稳定性好等优势，并具有优异的电热性能和电磁屏蔽性能，在人体健康监测、疾病症断、人机交互、个体防护和热量管理等领域具有潜在的应用前景。该研究成果也得到了国家自然科学基金（52202108, 52003002, 51803185）、安徽省自然科学基金（2008085QE213, 2208085QE141）、安徽省高等学校科学研究项目（2022AH040137）、中央高校基本科研项目（22120210582）、中国博士后基金（2021TQ0247, 2022M712395, 2022T150581）、浙江省智能织物与柔性互联重点实验室开放基金（ZD04）、中纺联纺织行业智能纺织服装柔性器件重点实验室开放基金（SDHY2227）、安徽省重点研发项目（2022a05020069）和安徽工程大学高层次人才科研启动基金（2020YQQ002）的支持。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202208134
【第一作者简介】
郑贤宏，男，工学博士，副教授，硕士生导师。美国The University of Texas at Dallas联培博士，合作导师为美国工程院院士Ray Baughman教授。2019年6月入职于安徽工程大学，从事柔性智能可穿戴器件的相关研究工作。在上述领域以第一作者在Advanced Functional Materials、Small、Journal of Materials Chemistry A、Nanoscale、Materials & Design、Journal of Colloids and Interface Science、Composites Part A等国际期刊发表SCI论文19篇，其中包括中科院大类1区SCI论文10篇，中科院大类1区ESI高被引论文1篇，1区SCI封面论文1篇，主持安徽省自然科学基金等省部级项目3项，担任Advanced Functional Materials、Advanced Science、Small、Small methods、Nano-Micro Letters、Journal of Materials Chemistry A、ACS Nano、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Chemical Engineering Journal、iScience等20余个国际SCI期刊兼职审稿人。
【通讯作者简介】
曹文涛，同济大学医学院博士后，主要从事纳米复合材料构建及功能化方面的应用基础研究，目前以第一/通讯作者在ACS Nano、Advanced Functional Materials、Nano-Micro Letters、Biomaterials、Materials Horizons、Small、Small Methods等期刊上发表SCI论文10余篇，其中影响因子大于15的10篇，入选ESI热点论文2篇，论文总被引1900余次；研究成果获中国发明专利授权4项，获评2022年北京市优秀博士学位论文，荣获第八届梁希青年论文一等奖；近两年主持国家自然科学基金青年项目、中国博士后基金特别资助、博士后面上资助、上海市博士后日常经费、同济大学自主原创基础研究等项目。
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来源：高分子科学前沿
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