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  近日，天津工業大學天津市先進纖維與儲能技術重點實驗室張興祥教授團隊在《美國化學會應用材料與界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)上發表題為“Biodegradable Transparent Substrate Based on Edible Starch-Chitosan Embedded with Nature-Inspired Three-Dimensionally Interconnected Conductive Nanocomposites for Wearable Green Electronics”的研究論文。

  該論文提出了一種通過引入導電聚合物聚(3,4-乙撐二氧噻吩)作為碳納米管/石墨烯的有機界面粘合劑和導電連接劑，構建三維互通導電網絡的方法，并將導電網絡嵌入到由天然蟹殼與馬鈴薯衍生得到的柔性基底中，制備出高性能石墨烯基導電薄膜，有望用于可穿戴智能電子紡織服裝中。該論文第一作者為博士研究生苗錦雷，通訊作者為張興祥教授。

  可穿戴技術，又稱為電子紡織品，在兒童及老年人監護、健康醫療、通訊娛樂、航空航天、智能服飾等領域有著重要的研究和應用價值，將傳統生物學、醫學、電子學、材料學與紡織服裝學有機相結合，是一個新興的交叉學科。石墨烯作為單原子層二維碳晶體，具有優異的導電性、導熱性和機械柔韌性，在柔性可穿戴技術方面有著巨大的潛在應用前景。然而目前，石墨烯宏觀組裝體卻面臨著高的搭接電阻問題，使得石墨烯宏觀體所表現出的性能低于石墨烯的理論值。

  為解決此難題，張興祥教授研究團隊在前期工作中引入高導電的銀納米線復合石墨烯(Chemical Engineering Journal, 2018, 345, 260-270;  Langmuir, 2016, 32, 5365-5372)，增加了石墨烯導電網絡中的高導電通路，從而有效提高了石墨烯薄膜的光電性能。在此基礎上，該團隊進一步提出了采用導電高分子增強碳納米管與石墨烯之間的界面相互作用的設計策略，聚(3,4-乙撐二氧噻吩)高分子鏈通過與碳納米管和石墨烯共軛結構之間的π-π相互作用，沿著碳納米材料的表面鋪展開并盤繞在其表面，將碳納米管與石墨烯物理“交聯”在一起，不僅有效提高了復合導電網絡的宏觀光電性能，而且還顯著提高了導電網絡的宏觀機械柔韌性。此外，碳納米管和石墨烯還可以經膜分離過程重新加以回收利用，進一步用于纖維復合增強或導電填料應用中。

圖1. 石墨烯基柔性可穿戴設備制備過程及造型展示

  該團隊一直致力于智能紡織品的開發，如智能儲熱調溫纖維織物等，可以自動感知外界環境溫度的變化從而智能吸收、儲存、重新分配和放出熱量，自動調節服內溫度，使服內溫度處于較舒適的范圍，相關技術已成功在市場推廣應用。

  接下來，科學家們將側重于將這種新型功能材料與傳統商業化纖維織物/紗線相結合，從而賦予織物服飾更多柔性電子功能，讓這項技術盡快投入實際使用中去。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b04291