前沿 | 厦大蔡端俊/陈小红《AS》可穿戴设备彩色导电线:透明铜银纳米网
电子纺织品已被视为构建新一代可穿戴电子产品的基本构件。然而,纺织品的电子化往往会改变其原有的特性,如颜色、柔软度、光泽度或柔韧性。这里展示了一种快速室温制造方法,用于制备具有 Ag 涂层的铜 (Cu-Ag) 纳米网的导电彩色线和织物。Cu-Ag 核壳纳米线是通过一锅法合成,然后是化学沉积来生产的。根据排水和夹带力的平衡,开发了一种在挥发性溶液中的快速浸提工艺,以将 Cu-Ag 纳米网紧密包裹到线的纤维上。改进后的线不仅具有导电性,而且还保留了原有的特性,增强了机械稳定性和干洗耐用性。此外,制造了各种电子纺织设备,例如织物加热器、触摸屏手套、可穿戴的实时温度传感器和防止红外线散热的保暖织物。这些优质多彩的导电纺织品将为推动下一代可穿戴电子产品的应用提供强大的材料。
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Cu NWs a) 和 Cu-Ag NWs b) 的 SEM 图像。b) 的插图是 Cu-Ag 纳米线的高倍 SEM 图像。c) Cu-Ag NWs 的 EDS 元素映射图像。d) 浸渍Cu-Ag NWs油墨溶液制备导电线的过程。e)不同缠绕数量的Cu-Ag纳米网获得的导电丝线照片。f) 导电丝线的电阻与 Cu-Ag 纳米网缠绕数的函数关系 ( n = 3)。g) 彩色导电线作为发光二极管 (LED) 的导体。h) 用 Cu-Ag 纳米网包裹的不同类型线的照片。i)电阻作为不同类型线的Cu-Ag纳米网缠绕数量的函数(n = 3)。
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螺纹 a) 和用 Cu-Ag 纳米网包裹的螺纹 b、c) 的图示。d-g) 分别是用 Cu-Ag 纳米网包裹的丝绳、钓鱼线、涤纶线和棉纱的低倍 SEM 图像;h-k) 分别是 d-g) 的相应高倍率 SEM 图像。
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a)不同涂层数的Cu-Ag纳米网涂层的钓鱼线的透射光谱(280-800 nm)。b) 导电丝线的颜色相似性与 Cu-Ag NWs 缠绕数的函数关系 ( n = 3)。弯曲 c) 和扭曲 d) 的柔韧性测试、在水中洗涤干燥的稳定性测试 e) 和胶带测试 f) 分别用于导电丝线 ( n = 3)。f) 的插图是涂有 PDMS/Cu-Ag 纳米线的导电线的光学显微镜 (OM) 图像。
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用于点亮可穿戴衣服上的 LED a)、手套 b) 和点亮小灯泡电路 c) 的导电线的光学图像。d) Cu-Ag nanonets 制成的触摸屏手套的照片,分别操作智能手机,例如触摸、书写和放大(从左到右)。e) 正常手套(左)和无效操作智能手机(右)的照片。分别为普通手套 f) 和触摸屏手套 g) 的工作原理示意图。
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照片 a) 和 IR 热图像 b) 由丝线制成的带有 Cu-Ag 纳米网包裹的环形加热器。c) 加热环在 10 V ( n = 4)下不同持续时间的温度变化。d) 在不同电压 ( n = 4)下电流作为电源线长度的函数。e)由不同电压( n = 4)操作的导电丝线涂层Cu-Ag纳米网随时间变化的温度曲线。f) 不同温度下温度传感器的相对电阻变化( n = 3)。g) 温度传感器工作过程示意图。h) 温度传感器放置在手臂上。i,j) 是监测不同体温时的实时智能手机用户界面。
总之,Cu-Ag NWs被用于开发一种快速的室温方法,以获得用于可穿戴电子设备的彩色导电线和织物。由于铜纳米线周围有稳定的银壳,因此无需后处理步骤即可实现出色的导电性。通过在挥发性溶液中的浸渍包裹工艺,将线纤维与 Cu-Ag 纳米网紧密包裹。得到的导电线不仅保留了纺织品的原有特性(如颜色、光泽、柔软度),而且提高了它们的机械稳定性、干洗耐久性和可缝性。此外,还制造了具有优异性能的织物加热器、触摸屏手套、可穿戴实时温度传感器和保暖织物等电子纺织设备。