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我院师生在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表研究成果
发布时间:2019-09-02   浏览次数:

我院固体所李宇航副教授及合作者在材料领域知名期刊《Advanced Functional Materials》(影响因子:15.621)上发表题为“Functional soft composites as thermalprotecting substrates for wearable electronics”的研究工作。这也是我院作为第一单位首次在该期刊上发表文章。

巧妙的力学设计和材料方面的研究使高性能可穿戴柔性电子器件能够与人体皮肤完美贴合,可主动、准确地测量人体生理信号(如体温、血氧、血压等)。在工作过程中功能元件(如发光二极管)的过量发热可能会造成人体皮肤不舒适,甚至烫伤,使可穿戴电子器件应用的安全性和可靠性受到挑战。

针对上述问题,李宇航老师团队提出了一种新型功能性柔性复合材料设计,作为可穿戴柔性电子器件的热防护基底,能够在保持基底柔性的前提下控制热流和有效地吸收热能。该功能性柔性复合材料是将金属薄膜与相变材料嵌入柔性高分子聚合物中(图1),一方面,通过金属薄膜增加沿面内方向传输的热流进而减少沿面外方向(传向人体)的热流,另一方面,过量热量会被相变材料发生相变吸收并保持温度不变(即相变温度)。与传统可穿戴电子器件的柔性基底相比,该柔性热防护基底可将温度峰值降低85%以上。

图1柔性热防护基底的热防护机理及降温效率

为了验证功能性柔性复合材料作为柔性热防护基底的热防护效果,研究了可穿戴柔性电子器件/新鲜猪皮系统的传热特性,经过对比得到直观的降温效果(图2)。对于传统基底,加热40s以后新鲜猪皮上有明显的烫伤的疤痕痕迹。而对于柔性热防护基底,新鲜猪皮在相同的加热条件下由于受到热防护基底的良好保护,加热后无明显变化。这一结果清楚地表明,该工作提出的功能性柔性复合材料在生物组织热防护方面具有显著的性能。

图2功能性柔性复合材料基底对生物组织的热防护作用

此项工作进展,为与生物集成的柔性电子器件的散热系统提供了新的设计思路与指导,将会有助于解除因散热问题对表皮电子器件推广应用的限制,对于扩大表皮电子器件的应用范围具有重要意义。

我院固体所李宇航副教授是第一通讯作者,北航“卓越百人”副教授,他的主要研究方向新型功能材料与器件设计与制备、电子器件传热分析与散热设计、结构热力分析等;共同通讯作者是浙江大学快三学院宋吉舟教授;第一作者是我院2016级博士生史迎利;共同第一作者为浙江大学快三学院博士生王成军;论文的合作者为我院固体所邢誉峰教授。该研究工作受到国家自然科学基金、国家基础研究计划973等项目支持。

全文链接为:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201905470

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