全球變暖背景下，極端高溫事件頻發(fā)。人體長(zhǎng)期暴露于戶外高溫環(huán)境下容易引發(fā)各類健康疾病，因此戶外高溫環(huán)境下的人體健康監(jiān)測(cè)意義重大。然而，戶外高溫環(huán)境對(duì)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能提出了極為苛刻的要求。長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)烈陽(yáng)光照射下，電子器件將產(chǎn)生過(guò)量的熱積累，極易引發(fā)敏感單元材料失效、器件溫漂加劇、單元信號(hào)失真等故障，致使檢測(cè)困難。過(guò)高溫度也會(huì)導(dǎo)致體表不舒適，嚴(yán)重可至皮膚灼傷。因此，亟需開(kāi)發(fā)具有高效散熱和降溫性能的可穿戴電子設(shè)備。
近期，電子科技大學(xué)王軍教授和華中科技大學(xué)陶光明教授團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種無(wú)源降溫電子織物（Cooling E-textile，CET），兼具柔性、輕薄、熱舒適、透氣性及精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)功能。通過(guò)無(wú)源熱管理和力學(xué)感知功能的集成設(shè)計(jì)制造，同步獲得了高靈敏壓力感知（6.67×103 kPa-1）、太陽(yáng)光高反射（~90%）、中紅外輻射高發(fā)射（~92%）和卓越的降溫特性（峰值降溫能力達(dá)21 ℃），并實(shí)現(xiàn)高溫暴曬環(huán)境下多生理指標(biāo)參數(shù)的實(shí)時(shí)連續(xù)精準(zhǔn)采集。該研究為新一代戶外環(huán)境健康監(jiān)測(cè)設(shè)備的無(wú)源熱管理提供了一條有效途徑。
利用碳化織物的高導(dǎo)電及高發(fā)射特性，該織物實(shí)現(xiàn)無(wú)源降溫/傳感雙功能，構(gòu)筑多級(jí)多層結(jié)構(gòu)同步提升力學(xué)感知和紅外發(fā)射能力。器件可通過(guò)太陽(yáng)光高反射、熱輻射高發(fā)射獲得可持續(xù)無(wú)源降溫效果，兼顧實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、多種生理健康數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)連續(xù)準(zhǔn)確采集和分析。
研究人員建立電子織物仿真理論模型，分析多級(jí)多維接觸界面?zhèn)鞲袡C(jī)理，優(yōu)化編織結(jié)構(gòu)和密度等參數(shù)，提出高靈敏電子織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)構(gòu)筑多級(jí)多維接觸界面電子織物結(jié)構(gòu)，從而獲得高靈敏、寬量程、高耐久性傳感功能。
CET的可見(jiàn)光高反射率來(lái)源于NanoPE的米式散射，而紅外高發(fā)射率歸因于碳化織物的高紅外發(fā)射率。為證明CET的戶外降溫能力，將三輛模型小車置于陽(yáng)光下，分別裸露、覆蓋棉布和CET，曝光80 min后，覆蓋CET的小車模型溫度明顯低于其他兩輛，溫差分別高達(dá)13和21 ℃。在陽(yáng)光直射下模擬人工皮膚溫度降低進(jìn)一步證明CET的優(yōu)異降溫能力。在陽(yáng)光下暴曬5 min后，手臂上CET、棉布、碳化織物和銀納米線織物的溫度分別為33.3，33.8，36.7和39.9℃，表明CET在高溫環(huán)境中可提供有效的無(wú)源降溫能力。
將CET室外健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與人體皮膚集成后發(fā)現(xiàn)，集成在口罩上可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)呼吸頻次，同時(shí)在炎熱的環(huán)境中保持涼爽透氣。對(duì)比了室內(nèi)、陰涼處和陽(yáng)光直射環(huán)境下CET、碳化織物、銀納米線織物實(shí)時(shí)測(cè)量人體脈搏信號(hào)的能力，在室內(nèi)環(huán)境中兩種對(duì)比電子織物的溫度明顯高于CET，這是由于器件本身的焦耳熱導(dǎo)致的。隨著工作環(huán)境遷移至戶外，在陽(yáng)光直射下，兩種織物溫度大幅升高至38.4和45.2 ℃，而CET溫度保持在34.6 ℃。此外，傳統(tǒng)電子織物（不含降溫功能）在太陽(yáng)光照射下產(chǎn)生強(qiáng)烈的溫漂效應(yīng)，改變壓力傳感器電學(xué)參數(shù)，脈搏測(cè)試信號(hào)被淹沒(méi)在環(huán)境溫度干擾信號(hào)中；相比傳統(tǒng)可穿戴電子器件，CET可實(shí)現(xiàn)高溫暴曬環(huán)境下多生理指標(biāo)參數(shù)的實(shí)時(shí)連續(xù)精準(zhǔn)采集，并展現(xiàn)出良好的柔性、輕薄及透氣性。
原文鏈接：inktype="text" imgurl="" tab="outerlink" data-linktype="2" style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; text-decoration-line: none; -webkit-tap-highlight-color: rgba(0, 0, 0, 0); -webkit-user-drag: none; cursor: default; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">https://doi.org/10.1007/s42765-024-00412-w
近期，電子科技大學(xué)王軍教授和華中科技大學(xué)陶光明教授團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種無(wú)源降溫電子織物（Cooling E-textile，CET），兼具柔性、輕薄、熱舒適、透氣性及精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)功能。通過(guò)無(wú)源熱管理和力學(xué)感知功能的集成設(shè)計(jì)制造，同步獲得了高靈敏壓力感知（6.67×103 kPa-1）、太陽(yáng)光高反射（~90%）、中紅外輻射高發(fā)射（~92%）和卓越的降溫特性（峰值降溫能力達(dá)21 ℃），并實(shí)現(xiàn)高溫暴曬環(huán)境下多生理指標(biāo)參數(shù)的實(shí)時(shí)連續(xù)精準(zhǔn)采集。該研究為新一代戶外環(huán)境健康監(jiān)測(cè)設(shè)備的無(wú)源熱管理提供了一條有效途徑。
利用碳化織物的高導(dǎo)電及高發(fā)射特性，該織物實(shí)現(xiàn)無(wú)源降溫/傳感雙功能，構(gòu)筑多級(jí)多層結(jié)構(gòu)同步提升力學(xué)感知和紅外發(fā)射能力。器件可通過(guò)太陽(yáng)光高反射、熱輻射高發(fā)射獲得可持續(xù)無(wú)源降溫效果，兼顧實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、多種生理健康數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)連續(xù)準(zhǔn)確采集和分析。
研究人員建立電子織物仿真理論模型，分析多級(jí)多維接觸界面?zhèn)鞲袡C(jī)理，優(yōu)化編織結(jié)構(gòu)和密度等參數(shù)，提出高靈敏電子織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)構(gòu)筑多級(jí)多維接觸界面電子織物結(jié)構(gòu)，從而獲得高靈敏、寬量程、高耐久性傳感功能。
CET的可見(jiàn)光高反射率來(lái)源于NanoPE的米式散射，而紅外高發(fā)射率歸因于碳化織物的高紅外發(fā)射率。為證明CET的戶外降溫能力，將三輛模型小車置于陽(yáng)光下，分別裸露、覆蓋棉布和CET，曝光80 min后，覆蓋CET的小車模型溫度明顯低于其他兩輛，溫差分別高達(dá)13和21 ℃。在陽(yáng)光直射下模擬人工皮膚溫度降低進(jìn)一步證明CET的優(yōu)異降溫能力。在陽(yáng)光下暴曬5 min后，手臂上CET、棉布、碳化織物和銀納米線織物的溫度分別為33.3，33.8，36.7和39.9℃，表明CET在高溫環(huán)境中可提供有效的無(wú)源降溫能力。
將CET室外健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與人體皮膚集成后發(fā)現(xiàn)，集成在口罩上可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)呼吸頻次，同時(shí)在炎熱的環(huán)境中保持涼爽透氣。對(duì)比了室內(nèi)、陰涼處和陽(yáng)光直射環(huán)境下CET、碳化織物、銀納米線織物實(shí)時(shí)測(cè)量人體脈搏信號(hào)的能力，在室內(nèi)環(huán)境中兩種對(duì)比電子織物的溫度明顯高于CET，這是由于器件本身的焦耳熱導(dǎo)致的。隨著工作環(huán)境遷移至戶外，在陽(yáng)光直射下，兩種織物溫度大幅升高至38.4和45.2 ℃，而CET溫度保持在34.6 ℃。此外，傳統(tǒng)電子織物（不含降溫功能）在太陽(yáng)光照射下產(chǎn)生強(qiáng)烈的溫漂效應(yīng)，改變壓力傳感器電學(xué)參數(shù)，脈搏測(cè)試信號(hào)被淹沒(méi)在環(huán)境溫度干擾信號(hào)中；相比傳統(tǒng)可穿戴電子器件，CET可實(shí)現(xiàn)高溫暴曬環(huán)境下多生理指標(biāo)參數(shù)的實(shí)時(shí)連續(xù)精準(zhǔn)采集，并展現(xiàn)出良好的柔性、輕薄及透氣性。
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