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  用于實(shí)時(shí)監(jiān)測人體關(guān)節(jié)運(yùn)動及脈搏等生理信號的可穿戴柔性器件引起科研工作者的廣泛興趣。因電子器件在潮濕環(huán)境中電路易被破壞，在水下環(huán)境中對人體運(yùn)動實(shí)現(xiàn)長期監(jiān)測仍是一個巨大的挑戰(zhàn)。此外，除了柔性器件本身的應(yīng)變范圍、靈敏性及循環(huán)穩(wěn)定性，功能性改性涂層對織物本身服用性能也需考慮。

  最近，賴躍坤教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種基于超疏透氣針織物基智能溺水報(bào)警系統(tǒng)。所制備的樣品展現(xiàn)出較好的超疏水穩(wěn)定性，通過藍(lán)牙連接到手機(jī)，可實(shí)現(xiàn)水下運(yùn)動的遠(yuǎn)程監(jiān)控。該工作以”A Breathable Knitted Fabric-Based Smart System with Enhanced Superhydrophobicity for Drowning Alarming”為題發(fā)表在《ACS Nano》上，文章第一作者是福州大學(xué)石油化工學(xué)院博士后朱天雪（現(xiàn)單位清源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室），福州大學(xué)石油化工學(xué)院博士生倪藝萌與韓國延世大學(xué)博士生趙凱瑩為共同第一作者。通訊作者為福州大學(xué)賴躍坤教授，黃劍瑩教授和延世大學(xué)Cheolmin Park教授。該工作得到國家自然科學(xué)基金(51972063、22075046、21501127、51502185)、福建省杰出青年基金(2020J06038)、福建省自然科學(xué)基金(2022J01568、2019J01256)以及蘇州大學(xué)紡織行業(yè)智能服裝柔性器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(NO. SDHY2110)、省部共建紡織新材料與先進(jìn)加工技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(FZ2021012)等項(xiàng)目的資助。該工作被Materials Today期刊及ACS Discover Chemistry, EurekAlert!, ScienceBlog, TrendRadars UK, Engineering Industry News, TechXplore等國際知名科學(xué)媒體報(bào)道和轉(zhuǎn)載報(bào)導(dǎo)，Altmetric Score為112。 

  結(jié)合針織物結(jié)構(gòu)本身的彈性，該工作選擇以針織物為基底，通過浸涂GO及HI還原的方法賦予織物良好的導(dǎo)電性能；分別通過超聲震動法及熱煅燒法制備PDMS微納米顆粒分散液，浸涂到導(dǎo)電織物表面，賦予其超疏水性能，使其可應(yīng)用于水下環(huán)境中。此外，超疏水涂層可以提高rGO層與織物基底的結(jié)合力，保證其循環(huán)拉伸過程中的穩(wěn)定性。 

圖1. 超疏水導(dǎo)電織物制備流程圖

  傳感器本身的物理性能在應(yīng)用過程中扮演著重要角色，分析其對應(yīng)的疏水性能，導(dǎo)電性及透氣性。樣品拉伸至其初始長度兩倍后接觸角為151°，彎曲到80°接觸角幾乎沒有變化，證明其在形變狀態(tài)下穩(wěn)定的超疏水性能（圖2a, b）。經(jīng)300次摩擦及20次加速水洗（等同于100次常規(guī)水洗）后，由于功能性涂層的脫落，接觸角分別從155°降為147.3°，156.7°降至149°；對應(yīng)的電阻分別增加16.3%與8.7%（圖2c, d）。對樣品的透氣性進(jìn)行定性定量分析，氨氣透過織物使pH試紙變色，經(jīng)過兩步涂層處理，透氣性大概下降17%（圖2e-g）。 

圖2. 樣品拉伸、彎曲狀態(tài)下接觸角，摩擦及加速水洗穩(wěn)定性，透氣性

  考慮到樣品超疏水性能及導(dǎo)電性的穩(wěn)定性，對包括水下微小震動及人體運(yùn)動在內(nèi)的多種情況響應(yīng)性能進(jìn)行測試。當(dāng)超聲功率從60 W逐漸增大到300 W，水震動幅度增加，引起傳感器相對電阻變化從4%增大到8%，該傳感器可對水震動持續(xù)響應(yīng)（圖3a, b）。當(dāng)手指在水下彎曲不同的角度(30°, 60°, 90°)，相對電阻變化表現(xiàn)出明顯的梯度變化（圖3d）。此外，該傳感器能識別不同高度水滴的沖擊，水滴的pH值對響應(yīng)性能不會產(chǎn)生影響（圖3e, f）。 

圖3. 樣品傳感性能展示

  為進(jìn)一步探究該傳感器的實(shí)際應(yīng)用性能，織物基傳感器通過自制的無線藍(lán)牙裝置連接到智能手機(jī)監(jiān)測溺水情況并發(fā)出警報(bào)（圖4a）。當(dāng)模擬小人處于游泳狀態(tài)，腿部規(guī)律性彎曲，傳感器電阻呈現(xiàn)規(guī)律性變化；當(dāng)小人發(fā)生溺水情況，腿部不再彎曲運(yùn)動，電阻變化曲線為一根直線，此時(shí)該智能系統(tǒng)可發(fā)出警報(bào)（圖4b, c）。 

圖4. 傳感器通過藍(lán)牙連接到手機(jī)及模擬人游泳的遠(yuǎn)程監(jiān)控及溺水警報(bào)

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c08325

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