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                    我院師生在國際知名期刊Advanced Functional Materials發表研究成果
                    發布時間:2019-09-02   瀏覽次數:

                    我院固體所李宇航副教授及合作者在材料領域知名期刊《Advanced Functional Materials》(影響因子:15.621)上發表題為“Functional soft composites as thermalprotecting substrates for wearable electronics”的研究工作。這也是我院作為第一單位首次在該期刊上發表文章。

                    巧妙的力學設計和材料方面的研究使高性能可穿戴柔性電子器件能夠與人體皮膚完美貼合,可主動、準確地測量人體生理信號(如體溫、血氧、血壓等)。在工作過程中功能元件(如發光二極管)的過量發熱可能會造成人體皮膚不舒適,甚至燙傷,使可穿戴電子器件應用的安全性和可靠性受到挑戰。

                    針對上述問題,李宇航老師團隊提出了一種新型功能性柔性復合材料設計,作為可穿戴柔性電子器件的熱防護基底,能夠在保持基底柔性的前提下控制熱流和有效地吸收熱能。該功能性柔性復合材料是將金屬薄膜與相變材料嵌入柔性高分子聚合物中(圖1),一方面,通過金屬薄膜增加沿面內方向傳輸的熱流進而減少沿面外方向(傳向人體)的熱流,另一方面,過量熱量會被相變材料發生相變吸收并保持溫度不變(即相變溫度)。與傳統可穿戴電子器件的柔性基底相比,該柔性熱防護基底可將溫度峰值降低85%以上。

                    圖1柔性熱防護基底的熱防護機理及降溫效率

                    為了驗證功能性柔性復合材料作為柔性熱防護基底的熱防護效果,研究了可穿戴柔性電子器件/新鮮豬皮系統的傳熱特性,經過對比得到直觀的降溫效果(圖2)。對于傳統基底,加熱40s以后新鮮豬皮上有明顯的燙傷的疤痕痕跡。而對于柔性熱防護基底,新鮮豬皮在相同的加熱條件下由于受到熱防護基底的良好保護,加熱后無明顯變化。這一結果清楚地表明,該工作提出的功能性柔性復合材料在生物組織熱防護方面具有顯著的性能。

                    圖2功能性柔性復合材料基底對生物組織的熱防護作用

                    此項工作進展,為與生物集成的柔性電子器件的散熱系統提供了新的設計思路與指導,將會有助于解除因散熱問題對表皮電子器件推廣應用的限制,對于擴大表皮電子器件的應用范圍具有重要意義。

                    我院固體所李宇航副教授是第一通訊作者,北航“卓越百人”副教授,他的主要研究方向新型功能材料與器件設計與制備、電子器件傳熱分析與散熱設計、結構熱力分析等;共同通訊作者是浙江大學航空航天學院宋吉舟教授;第一作者是我院2016級博士生史迎利;共同第一作者為浙江大學航空航天學院博士生王成軍;論文的合作者為我院固體所邢譽峰教授。該研究工作受到國家自然科學基金、國家基礎研究計劃973等項目支持。

                    全文鏈接為:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201905470

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