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物理科学学院副教授孙彬等在柔性可穿戴器件方面取得重大进展

  日前,我校物理科学学院副教授孙彬等与上海交通大学黄兴溢教授,中国科学院院士、上海大学张统一教授等合作研发了一款具有高效热管理能力且可用于实时运动监测分析的高性能柔性可穿戴应变传感器。基于上述实验结果的研究论文“A high performance wearable strain sensor with advanced thermal management for motion monitoring”被国际顶级学术杂志《自然通讯》(Nature Communications)接收并发表。物理科学学院为该论文的第一作者单位和第一通讯单位,第一作者为2020届物理学硕士研究生谭岑孝,孙彬、黄兴溢和张统一为论文共同通讯作者。

  对于柔性可穿戴电子器件而言,除却器件本身功能,有两个问题值得关注:一是电子器件运行过程中会产生大量热量,累积的热量会影响器件的功能,甚至缩短器件的寿命,而目前柔性电子器件的封装为PDMS、环氧树脂等,不利于器件的散热;二是器件的安全性,即器件本身不能对人体产生任何安全隐患。基于上述原因,本工作对柔性可穿戴应变传感器进行了独特的结构设计:由石墨烯纳米带构成导电网络在器件发生形变时,电阻信号发生变化,可以用来实时监测人体运动情况;导热层由掺杂了氮化硼纳米片的热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)膜构成,可将器件使用过程中产生的热量快速实时传导到空气中;热绝缘层(TPU纤维膜)则可有效防止热量在器件和人体皮肤界面累积,保障人体安全。同时,TPU纤维膜的多孔结构也保证了皮肤的透气性。此外,导热层和热绝缘层都是由TPU构成,因此两层材料有较好的互溶性,可以将石墨烯纳米带牢牢限制在器件中,从而避免了因纳米材料可能产生的毒性对人体细胞的损伤。本工作对于柔性可穿戴器件的制备提供了新的思路,有着广泛的应用前景。

  上述工作还得到了我校龙云泽教授、郭向欣教授、赵海光教授、上海交通大学江平开教授、复旦大学周兆才教授、上海大学江进武教授、苏州大学赵燕教授和青岛大学水上运动中心等的指导和无私帮助。