北卡罗莱纳州立大学朱勇教授课题组 ACS AMI：一种基于银纳米线复合材料的双向拉伸自感应织物加热器

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关节炎作为一种常见的疾病影响全球超过 3.5 亿人。而热疗法是治疗关节炎最常见的物理疗法之一。热疗法具有增加胶原组织的延展性，减少关节僵硬，减轻疼痛，增加血流量的作用。然而，热疗中使用的传统电阻加热设备有许多限制，例如体积大、性能差等。因此，开发可穿戴的柔性可拉伸加热设备有着非常广阔的应用前景。

图1 基于银纳米线复合材料的电阻式双向可拉伸的加热设备；红外热成像图；温度随时间曲线。

近期，北卡罗莱纳州立大学航空航天与机械工程学院朱勇教授课题组提出了一种基于银纳米线复合材料的电阻式双向可拉伸的加热设备。其中银纳米线网络结构被嵌入聚酰亚胺薄膜中，然后复合物薄膜被整体粘贴到可拉伸布料上。银纳米线聚酰亚胺薄膜被激光切割成一个二维的“剪纸”结构（图2）。这一结构使得薄膜和布料整体可以承受单向100%或者双向各50%的应变。此加热设备只需0.125安培的输入电流就可以加热至约140摄氏度（加热和冷却速率约为16.5摄氏度每秒和14.1摄氏度每秒）（图1）。该设备可以承受超过400次循环加热。同时本研究中利用银纳米线的热电阻效应设置了反馈调节系统来监测和控制加热设备的实时温度以抵抗周围环境温度变化（图3）。文章最后进行了在人体膝盖上的热疗实验证实了设备良好的工作性能（图4）。

图2 银纳米线复合材料加热设备在不同应变加载下的变形

图3 银纳米线复合材料加热设备的反馈调节系统

图4银纳米线复合材料加热设备在膝盖上的红外热成像图

该工作以 “A Biaxially Stretchable and Self-Sensing Textile Heater Using Silver Nanowire Composite” 为题发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。文章的第一作者是北卡罗莱纳州立大学博士生吴双和博士崔征。该研究得到自然科学基金支持。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c17651

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