可穿戴加热器非常适合低温环境。然而，实现此类设备的根本挑战是设计具有柔性，透气性和可拉伸性的电加热膜。
研究：Large-Scale Preparation of Micro–Nanofibrous and Fluffy Propylene-Based Elastomer/Polyurethane@Graphene Nanoplatelet Membranes with Breathable and Flexible Characteristics for Wearable Stretchy Heaters。图片来源：s_maria/Shutterstock.com
发表在ACS Applied Materials and Interfaces上的一项研究旨在实现具有纳米纤维蓬松质地和出色电加热特性的电加热膜。在这里，通过一种简单，经济高效且大规模的方法，用聚氨酯（PU）和石墨烯纳米片薄膜涂覆熔喷丙烯基弹性体（PBE）来制造电加热膜，该方法涉及涂层 – 压缩循环过程。
采用扫描电子显微镜（SEM）技术对PU和石墨烯纳米片包覆的PBE膜进行了分析.这些图像揭示了PU和石墨烯纳米片膜在PBE微纳米纤维表面的均匀沉积，形成了相互连接的导电通道。
当在PU和石墨烯纳米片包覆的PBE膜上施加36 V的电压时，温度升高至69.7摄氏度，表明电加热特性突出。此外，涂层-压缩循环调节了所制备的电加热膜的孔隙率。
由于导电通道，PU和石墨烯纳米片包覆的PBE膜表现出良好的性能，例如调节透气性在212~60.2 mm/秒之间，弹性恢复率为85.5%，柔软度得分为53.8。
该研究提出了PU和石墨烯纳米片包膜PBE膜作为电加热织物的有前途的材料。此外，涂层-压缩循环制备工艺使工业制造能够轻松放大生产。
用于可穿戴设备的石墨烯纳米片
具有轻、软、薄特性和内置热源的电加热膜在低温环境中是非常理想的，以防止对人类健康的危险影响。这些电加热膜将电能转化为热量，从而有助于个人热管理。
尽管已经研究了这种基于电加热膜的可穿戴设备，但传统膜的柔韧性不足和透气性差限制了它们的应用。
石墨烯纳米片是二维（2D）碳结构材料，具有单层或多层石墨平面和有吸引力的特性，包括高导电性，模量，强度，导热性和比表面积。
最近，据报道，基于石墨烯纳米片的功能化是一种有希望的程序，可以赋予工业生产的智能纺织品导电性。该方法适用于几种市售材料，例如棉花和聚酯，因为石墨烯纳米片大量生产，适用于纺织品市场。
虽然石墨烯纳米片在智能织物应用中具有良好的潜力，但它们的主要局限性是难以将石墨烯纳米片与纺织品结合并确保洗涤稳定性和耐用性。因此，需要将石墨烯纳米片有效结合到织物上的智能解决方案，以扩大其在可穿戴和纺织电子产品中的潜力。
用于可穿戴设备的PU和石墨烯纳米片
使用各种先进的方法开发了几种基于碳纳米材料的微纳米纤维膜，例如静电纺丝，熔喷工艺和溶液吹纺。这些膜是多孔的，有利于液体和气体的渗透。
热塑性弹性体，包括聚氨酯、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯共聚物和丙烯基弹性体，已被用于通过熔融工艺制备可拉伸的微纳纤维膜。然而，这些聚合物表现出与无机石墨烯的相容性差。
尽管涂层工艺是将石墨烯粘附到纤维上的一种廉价且简单的方法，但使用这种方法制造具有柔性，透气性和弹性的电加热膜实际上仍未被探索。
在本研究中，报道了一种用PU和石墨烯纳米片包覆PBE微纳米纤维膜的电加热膜的简便方法。采用扫描电镜对制备的电加热膜进行了分析， 所得图像显示PU和石墨烯纳米小片在PBE微纳纤维上的均匀分布.
这些电加热膜具有良好的透气性，出色的加热性能和出色的柔软性，这表明涂层 – 压缩循环工艺在制造所需的弹性微纳纤维膜方面具有潜力，可用于可穿戴电加热织物。
另一方面，应力-应变曲线中的轻微斜率意味着高弹性和易变形性。此外，随着涂层的增加，设计的电加热膜的电阻从每5厘米2569.5欧姆下降到278.9欧姆，表明具有出色的电加热特性。
结论
最后， 将PU和石墨烯纳米片沉积的PBE膜作为电加热膜提出， 通过简单且可扩展的涂层-压缩循环制备.SEM表征证实了PU和石墨烯纳米片在PBE微纳纤维之间的间隙的均匀填充，由涂层数量调节 – 压缩循环以控制每单位质量的固体填充。
在这项研究中，研究人员将PU和石墨烯纳米片薄膜包覆的PBE膜作为有希望的材料作为织物中的热源应用，例如防寒服装，摩托车骑行服装和医疗保健领域的服装。
参考
Zhang, H., et al. (2022)
Large-Scale Preparation of Micro–Nanofibrous and Fluffy Propylene-Based Elastomer/Polyurethane@Graphene Nanoplatelet Membranes with Breathable and Flexible Characteristics for Wearable Stretchy Heaters.
ACS Applied Materials and Interfaces.
https://doi.org/10.1021/acsami.2c15449
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