本研究采用簡便高效的兩步真空輔助抽濾（TVAF）-熱壓成型法，設計開發了一種基于高強耐熱芳綸納米纖維（ANFs）和高導電銀納米線（AgNWs）的快速響應高溫柔性電熱膜。所得ANF/AgNW納米復合電熱膜中，ANFs和AgNWs分別作為高性能基體和高效導電發熱層，使電熱膜兼具柔性、低電阻、高發熱溫度和快速熱響應等特性。在低外施電壓（0.5~5 V）下，電熱膜的最高發熱溫度可達200°C，獲得穩定發熱溫度的響應時間低至10 s。此外，由于銀納米線表面的聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）與ANFs之間形成氫鍵作用，且銀納米線被部分嵌入ANF基體，從而使銀納米線與ANF基體之間具有良好的界面粘結作用，表現出優異的宏觀力學性能。當AgNW面密度為0.4 g/m2時拉伸強度和模量分別達到285.7 MPa和6.5 GPa。更重要的是，AgNWs表面包覆的致密ANF薄層對AgNWs具有保護作用，使柔性電熱膜在空氣中長時間發熱、反復彎折、接觸水或者溶劑等苛刻條件下都保持良好的電發熱穩定性。此項工作為柔性、高性能電熱膜的設計開發提供了一種簡便高效的方法，所得柔性高性能電熱膜在可穿戴設備、人工智能和高性能加熱設備等新興領域具有良好的應用潛力。
相關研究成果以“High-Performance andRapid-Response Electrical Heaters Based on Ultraflexible, Heat-Resistant, andMechanically Strong Aramid Nanofiber/Ag Nanowire Nanocomposite Papers”為題發表在ACS?Nano期刊上（ACS Nano, 2019, doi.org/10.1021/acsnano.9b00434）。陜西科技大學為論文的第一完成單位，陜西科技大學馬忠雷副教授為第一作者兼通訊作者，陜西科技大學馬建中教授、西北工業大學顧軍渭教授為本文的共同通訊作者。此研究工作得到國家自然科學基金（51773169）、陜西省自然科學基礎研究計劃（2018JQ5060；2018JM5001）和陜西省教育廳專項科研計劃項目（17JK0100）等的支持。
圖1ANF/AgNW納米復合電熱膜的制備示意圖及斷面形貌
圖2 ANF/AgNW納米復合電熱膜的電學、力學和電發熱性能
圖3柔性ANF/AgNW納米復合電熱膜在彎曲（a）、異形（b）、蒸汽（c）條件下的電發熱行為及在個人熱管理中的應用（d-f）
論文信息及鏈接：
Zhonglei Ma*, Songlei Kang, Jianzhong Ma*, Liang Shao, Ajing Wei, Chaobo Liang,Junwei Gu*, Bin Yang, Diandian Dong, Linfeng Wei and Zhanyou Ji. High-Performance and Rapid-Response Electrical Heaters Based on Ultraflexible, Heat-Resistant, and Mechanically Strong Aramid Nanofiber/Ag Nanowire Nanocomposite Papers. ACS Nano, 2019, doi.org/10.1021/acsnano.9b00434. (2018IF=13.903) https://doi.org/10.1021/acsnano.9b00434
轉自高分子科技公眾號