用于实时监测人体关节运动及脉搏等生理信号的可穿戴柔性器件引起科研工作者的广泛兴趣。因电子器件在潮湿环境中电路易被破坏，在水下环境中对人体运动实现长期监测仍是一个巨大的挑战。此外，除了柔性器件本身的应变范围、灵敏性及循环稳定性，功能性改性涂层对织物本身服用性能也需考虑。
近年来，福州大学过滤团队一直致力于粘附可控界面性能的研究(Adv. Mater. 2009, 21, 3799; Adv. Mater. 2013, 25, 1682; Small 2013, 9, 2945; Small 2016, 12, 2203; Small 2017, 13, 1600687; Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1707415; Adv. Mater. 2019, 31, 1806314; Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2200359; Adv. Mater. 2022, 34, 2204581 etc)，并探讨了特殊浸润性功能材料在可穿戴器件方面的工作(J. Mater. Sci. Tech. 2022, 130, 184-192; J. Mater. Sci. Tech. 2023, 138, 108-116; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14(33), 37878-37886; ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13(44), 53271-53281; ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13(3), 4740-4749; Chem. Eng. J. 2020, 385, 123912; ACS Nano 2022, DOI:10.1021/acsnano.2c08325)。
最近，赖跃坤教授团队报道了一种基于超疏透气针织物基智能溺水报警系统。所制备的样品展现出较好的超疏水稳定性，通过蓝牙连接到手机，可实现水下运动的远程监控。该工作以”A Breathable Knitted Fabric-Based Smart System with Enhanced Superhydrophobicity for Drowning Alarming”为题发表在《ACS Nano》上，文章第一作者是福州大学石油化工学院博士后朱天雪（现单位清源创新实验室），福州大学石油化工学院博士生倪艺萌与韩国延世大学博士生赵凯莹为共同第一作者。通讯作者为福州大学赖跃坤教授，黄剑莹教授和延世大学Cheolmin Park教授。该工作得到国家自然科学基金(51972063、22075046、21501127、51502185)、福建省杰出青年基金(2020J06038)、福建省自然科学基金(2022J01568、2019J01256)以及苏州大学纺织行业智能服装柔性器件重点实验室开放课题(NO. SDHY2110)、省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室开放课题(FZ2021012)等项目的资助。该工作被Materials Today期刊及ACS Discover Chemistry, EurekAlert!, ScienceBlog, TrendRadars UK, Engineering Industry News, TechXplore等国际知名科学媒体报道和转载报导，Altmetric Score为112。结合针织物结构本身的弹性，该工作选择以针织物为基底，通过浸涂GO及HI还原的方法赋予织物良好的导电性能；分别通过超声震动法及热煅烧法制备PDMS微纳米颗粒分散液，浸涂到导电织物表面，赋予其超疏水性能，使其可应用于水下环境中。此外，超疏水涂层可以提高rGO层与织物基底的结合力，保证其循环拉伸过程中的稳定性。传感器本身的物理性能在应用过程中扮演着重要角色，分析其对应的疏水性能，导电性及透气性。样品拉伸至其初始长度两倍后接触角为151°，弯曲到80°接触角几乎没有变化，证明其在形变状态下稳定的超疏水性能（图2a, b）。经300次摩擦及20次加速水洗（等同于100次常规水洗）后，由于功能性涂层的脱落，接触角分别从155°降为147.3°，156.7°降至149°；对应的电阻分别增加16.3%与8.7%（图2c, d）。对样品的透气性进行定性定量分析，氨气透过织物使pH试纸变色，经过两步涂层处理，透气性大概下降17%（图2e-g）。图2. 样品拉伸、弯曲状态下接触角，摩擦及加速水洗稳定性，透气性考虑到样品超疏水性能及导电性的稳定性，对包括水下微小震动及人体运动在内的多种情况响应性能进行测试。当超声功率从60 W逐渐增大到300 W，水震动幅度增加，引起传感器相对电阻变化从4%增大到8%，该传感器可对水震动持续响应（图3a, b）。当手指在水下弯曲不同的角度(30°, 60°, 90°)，相对电阻变化表现出明显的梯度变化（图3d）。此外，该传感器能识别不同高度水滴的冲击，水滴的pH值对响应性能不会产生影响（图3e, f）。为进一步探究该传感器的实际应用性能，织物基传感器通过自制的无线蓝牙装置连接到智能手机监测溺水情况并发出警报（图4a）。当模拟小人处于游泳状态，腿部规律性弯曲，传感器电阻呈现规律性变化；当小人发生溺水情况，腿部不再弯曲运动，电阻变化曲线为一根直线，此时该智能系统可发出警报（图4b, c）。图4. 传感器通过蓝牙连接到手机及模拟人游泳的远程监控及溺水警报总之，该研究报道了一种通过rGO及PDMS改性制备超疏水织物基传感器的简便策略。样品的疏水性能及导电性能均表现出较好的稳定性，能快速稳定响应1%-50%的应变范围。通过连接蓝牙装置，该装置可以对游泳者防溺水情况进行远程监控并在必要时自动引发警报。还可应用于潜在的危险场景，在两栖传感器中具有较大的应用潜力。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c08325
课题组网站：
https://yklai.fzu.edu.cn/index.htm
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