北京时间2022年2月5日，国际著名期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie)在线发表了西北工业大学化学与化工学院顾军渭教授团队完成的题为“Multifunctional Wearable Silver Nanowire Decorated Leather Nanocomposites for Joule Heating, Electromagnetic Interference Shielding and Piezoresistive Sensing”的研究论文。

具有焦耳发热、电磁屏蔽和应力应变传感等功能的智能可穿戴电子设备在能量转换、电子皮肤和人工智能等领域具有重要的应用价值。铟锡氧化物(ITO)由于其低电阻和高透明特性已被广泛用于可穿戴电子设备，然而其低柔性、高脆性、慢速电热响应和复杂的制备工艺等缺点严重限制了在很多领域的应用。以聚合物弹性体如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)等为柔性基体制备可穿戴电子设备成为最近的研究热点，但存在柔软度和生物相容性低、与人体皮肤长期接触时透气性和穿戴舒适性差等问题。且目前常用的制备方法如浸涂、层层(LBL)组装、冷冻干燥和化学气相沉积(CVD)等存在制备工艺复杂、成本高、材料结构及工作性能稳定性差等问题。此外，将焦耳发热、电磁屏蔽和应力应变传感等多种功能集成于可穿戴电子设备一体也是亟待解决的技术难题。

针对以上问题，我校化学与化工学院马忠雷副教授和顾军渭教授以天然皮革为基体，通过简便高效的真空辅助抽滤工艺制备了兼具可视化焦耳发热、电磁屏蔽和压阻传感功能的多功能层级结构AgNW/皮革复合材料，在能量转换、电子皮肤和人工智能等领域具有良好的应用潜力。高导电AgNWs在真空辅助抽滤的作用下进入皮革肉面的多孔结构中，与胶原纤维束形成物理相互缠绕和氢键相互作用，并构筑形成高效的3D导电网络。在2.5 g/m2的低AgNW面积密度下，AgNW/皮革复合材料在2.0 V低外施电压下的焦耳发热温度达到108°C，EMI SE达到55 dB，方阻仅为0.8 Ω/sq，且在人体动作识别中表现出高灵敏的压阻传感能力(响应时间小于50 ms)。AgNW/皮革复合材料还拥有优异的耐热性(热降解温度为300°C)、拉伸强度(16.7 MPa)、疏水性和工作稳定性。

图1 层级结构AgNW/皮革复合材料的可视化焦耳发热性能

图2 层级结构AgNW/皮革复合材料的电磁屏蔽性能与机理

图3 层级结构AgNW/皮革复合材料的压阻传感性能与机理

我校化学与化工学院马忠雷副教授为第一作者，陕西科技大学化学与化工学院向小莲为共同第一作者，通讯作者为我校化学与化工学院顾军渭教授。本研究工作得到了国家自然科学基金(U21A2093和51903145)、陕西省自然科学基础计划杰出青年基金项目(2019JC-11)、中央高校基本科研业务费资助项目(D5000210627)、陕西省轻化工助剂化学与技术协同创新中心开放基金项目(XTKF-2020-04)、高分子电磁功能材料陕西省“三秦学者”创新团队以及2021年度博士论文创新基金(CX2021107)的资助和支持。