福建工程学院《JMCA》:多功能石墨烯/皮革，用于多功能可穿戴电子产品

成果简介

柔性可穿戴电子产品因其在健康监测、智能服装等方面的广泛应用而备受关注。大多数可穿戴电子产品的基板是商业聚合物、生物聚合物和织物。这些基材有一些缺点，例如不透气和不防水。皮革是一种具有天然分层结构的天然材料，具有透气性、耐水性、生物降解性等独特优势，使其成为可穿戴电子产品的有前途的基材。尽管已经开发了基于皮革的可穿戴电子设备，但由于各种功能的工作机制不同，将多种功能集成到单个皮革基电子设备中仍然是一个挑战。本文，福建工程学院翁明岑副教授团队在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Multi-functional graphene/leather for versatile wearable electronics”的论文，研究通过GO分散体的真空过滤，GO/皮革的原位还原和涂装热致变色油墨，制造了用于多功能可穿戴电子产品的多功能还原氧化石墨烯/皮革（RGO/皮革）。

RGO/皮革的特点是低薄层电阻（90Ω□−1）、大断裂应变（91%）和透气性，这是由于RGO和胶原纤维之间的紧密交织和广泛的氢键相互作用。因此，首先详细研究了RGO/皮革的电加热、摩擦电纳米发电机（TENGs）输出和电磁干扰（EMI）屏蔽性能。不同RGO含量的RGO/皮革的电热转换效率超过80%。基于接触分离模式的RGO/皮革基TENG的输出稳定在80V。此外，RGO/皮革的EMI屏蔽效果超过23 dB，超过了商业产品所需的目标值。随后，展示了RGO/皮革的可穿戴应用，例如电动个人热管理设备（护膝），可穿戴干电极（用于收集电生理信号），自供电材料识别和EMI屏蔽袋。总之，可以通过绿色和温和的方法基于 RGO/皮革制造多功能可穿戴电子产品。RGO/皮革为制造透气和可持续的可穿戴电子产品提供了新的平台，拓宽了天然高分子材料在可穿戴电子产品中的应用前景。

图文导读

方案一、 多功能和灵活的RGO/皮革，用于多功能可穿戴电子产品

图1、 多功能RGO/皮革的制备和表征

图2、RGO/皮革的电加热性能

图3. 基于RGO/皮革的TENG的特性

图4、RGO/皮革基电磁屏蔽服

图5. （a） 心电图信号检测方法。（b） 志愿者的心电图信号。（c）志愿者的肌电图信号的。（d/e）由RGO50 /皮革制成的智能护膝初始状态的光学照片和红外热图像。（f/g）由RGO50/皮革制成的智能护膝加热状态的光学照片和红外热图像。

图6 .(a) 采用不同接触材料的RGO/皮革TENG的开路电压。(b) 采用不同接触材料的RGO/皮革TENG的最大开路电压汇总。(c和d) 照片显示了RGO50/皮革EMI屏蔽袋的性能。(e和f) 照片显示了与RGO50/皮革EMI屏蔽袋集成的衣服的性能。

小结

综上所述，本文提出了用于多功能可穿戴电子产品的多功能和柔性RGO/皮革，例如个人热管理设备，TENG，电生理传感器和EMI屏蔽服。RGO/皮革由于其优异的导电性和分层表面结构，也可用于EMI屏蔽服装。RGO/皮革具有强大的EMI SE和23 dB和>99%的屏蔽效率，超过了商业产品所需的目标值（20 dB）。具有分层结构的RGO/皮革为EM波的散射和重复反射提供了更多的接口，从而提高了EMI屏蔽效率。EMI屏蔽袋集成在衣服中，成功阻断智能手机的信号，验证可穿戴EMI屏蔽器件的性能。RGO/皮革为制造透气、多功能、可持续的可穿戴电子产品提供了新的平台和简单的方法，拓宽了天然高分子材料在可穿戴电子产品中的应用前景。

文献：https://doi.org/10.1039/D3TA01087B