江南大学研发可穿戴式传感、自愈、隔热的防晒服

便携式可穿戴电子设备越来越成为人体健康监测、软机器人、电子皮肤等领域的研究热点。而对于柔性电子设备来说，任何小的损伤(例如，裂纹和划痕)都将降低其导电性能，甚至影响可穿戴式传感器的正常功能。此外，可穿戴式设备在实际使用过程中，不可避免地受到光照的影响，基于聚合物基质的柔性膜可能会在UV光诱导下发生降解。开发具有整体自愈性能且抗紫外线辐射的柔性电子设备有助于解决上述问题，延长器件的使用寿命。而处于工作状态的可穿戴设备往往会由于电热效应产生大量热量，灼伤穿戴者的皮肤。为了解决可穿戴设备在制备和使用过程中面临的诸多挑战，江南大学陈坤林研究团队设计合成了负载有十八烷的二氧化钛纳米胶囊(OTNs)-石墨烯/多支链聚氨酯(PU)混合柔性多功能自愈合薄膜。研究成果以Self‐Healing Titanium Dioxide Nanocapsules‐Graphene/Multi‐Branched Polyurethane Hybrid Flexible Film with Multifunctional Properties toward Wearable Electronics为题，发表在《Advanced Functional Materials》上。

图1. 具有自我修复能力的多功能可穿戴传感器的制造

文中合成了包封有十八烷(OTN)的TiO2纳米胶囊，通过偶联作用使其嫁接在改性石墨烯表面，再将其与含有动态二硫键的支化聚氨酯复合即可得到多功能涂层。最后在65°C和2 MPa下将涂层热压到棉织物上开发可穿戴传感器。分散良好的石墨烯可确保在不同的弯曲角度，弯曲频率和工作电压下都具有较高的感测灵敏度。在无机填料和PU之间构建的自修复作用使薄膜可以轻松应对使用中的刮擦和损坏。基于TiO2和石墨烯的协同作用提升了材料的紫外线防护性能，可适应长期户外使用。此外，OTN作为相变储能材料为薄膜提供了隔热功能，可吸收可穿戴设备在使用过程中产生的热量，保护穿着者的皮肤不被烫伤。

图2. 多功能自修复薄膜的SEM照片，光学显微镜照片等。

图3. 涂层的紫外线防护机制