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  可穿戴式傳感器技術(shù)，尤其是持續(xù)監(jiān)測各種人類健康狀況，正引起越來越多的關(guān)注。然而，當(dāng)前的剛性傳感器存在明顯的缺點，例如較低的耐用性和較差的舒適性，也是可穿戴設(shè)備亟需解決的問題。導(dǎo)電金屬纖維是近年來的可穿戴設(shè)備領(lǐng)域研究的熱點，尤其是將金屬等導(dǎo)電涂層和纖維結(jié)合，形成柔性的導(dǎo)電纖維，這也是商業(yè)化可穿戴設(shè)備的主要實現(xiàn)途徑。然而金屬層和纖維之間缺乏結(jié)合力導(dǎo)致纖維的導(dǎo)電性隨著使用次數(shù)增加而急劇下跌，從而導(dǎo)致傳感器失效。為了提高導(dǎo)電涂層的導(dǎo)電性和耐用性，作者引入了一種“Genus-3”和“Genus-5”結(jié)構(gòu)的拓?fù)?/span>修飾方法，并且拓?fù)漕惤Y(jié)構(gòu)可以將金屬導(dǎo)電粒子捕獲，類似于籠子作用，從而提高金屬和材料的結(jié)合力，制備耐用的導(dǎo)電織物。本研究基于該導(dǎo)電織物制成的電容式傳感器具有靈活，舒適和耐用的性能。高電導(dǎo)率和可耐用性實現(xiàn)了織物電容式傳感器高靈敏度和信號收集的便利性。

  英國曼徹斯特大學(xué)材料學(xué)院劉旭慶和電子電氣工程學(xué)院尹武良合作，從舒適的棉纖維出發(fā)，通過纖維分子的表面拓?fù)淅p繞修飾，設(shè)計具有高導(dǎo)電性和舒適性的柔性傳感器，可利用在老年人和康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域的信號實時收集和分析。

圖一：“Genus-3”和“Genus-5”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)修飾纖維表面分子用于鎳納米離子無電沉積的示意圖

圖二：柔性導(dǎo)電織物用于可穿戴設(shè)備的示意圖

  他們在文章中指出，將“Genus-3”和“Genus-5”拓?fù)?span>結(jié)構(gòu)引入到纖維表面修飾中，可以提高金屬涂層在纖維表面上的附著力和導(dǎo)電性。通過熱誘導(dǎo)自由基聚合反應(yīng)將含氨聚合物引入柔軟的棉織物中，可以形成共價鍵和氫鍵纏結(jié)的分子拓?fù)浠\，并捕獲鈀離子催化劑，用于隨后在含催化劑的基織物表面上生長鎳納米粒子。 10分鐘后，晶種開始穿透籠子，形成更大的顆粒。連續(xù)涂覆厚度約為500 nm的鎳納米薄膜可以實現(xiàn)導(dǎo)電織物的優(yōu)異電性能。該導(dǎo)電織物構(gòu)建的傳感器可用于實時記錄康復(fù)訓(xùn)練中的呼吸，說話，眨眼，頭部運(yùn)動和關(guān)節(jié)運(yùn)動等動態(tài)信息。作者們相信，該系統(tǒng)通過纖維表面拓?fù)涓男裕玫搅司哂械母哽`敏度、舒適和耐用的可穿戴傳感器，在開發(fā)用于各種人類醫(yī)療保健中發(fā)揮著重要作用。

  文章發(fā)表在ACS Nano. 第一作者是陳黎明，曼徹斯特大學(xué)博士研究生，通訊作者為曼徹斯特大學(xué)材料學(xué)院劉旭慶博士和電子電氣工程學(xué)院尹武良博士。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsnano.0c01643