洗涤100次性能不减…“纤维型温度传感器”问世

Published 20 Jun.2023 15:56(KST)

KAIST研究团队开发“可穿戴电子设备”新材料

一种即使清洗超过100次仍能保持性能的纤维型温度传感器材料已经被开发出来，正作为可穿戴电子设备用材料备受关注。

利用热拉伸工艺制备的柔性纤维型温度传感器概述。图片由KAIST提供

韩国科学技术院（KAIST）20日表示，生物与脑工程系教授 Park Seongjun 研究团队利用热拉伸工艺（Thermal Drawing Process，TDP）开发出了长度达数百米的纤维（fiber）型温度传感器。所谓热拉伸工艺，是指利用热量将大型结构体加热至柔软状态后，以高速拉伸，制备出与复杂结构体具有相同形状和功能的纤维的一种方法。

易于应用于服装的纤维·织物型温度传感器，因为能够方便地测量温度而备受关注。采用现有的传感器制备方法（涂覆、纺丝等）时，难以实现大规模生产，而且结构和材料必然较为单一，为了提高物理、化学稳定性，还必须经过多道额外工序，这一直是个问题。

为解决这一问题，研究团队在本次研究中采用了“高分子—纳米材料复合体”材料和“热拉伸工艺”。他们将受热即熔化的高分子与随温度变化而电阻改变的纳米颗粒混合，制备出复合体，再用柔韧且稳定的聚乙烯薄片将其包覆，完成了圆柱形结构体。随后，研究团队在对大型结构体加热的同时进行拉伸，利用在尺寸缩小的同时转变为纤维形态的热拉伸工艺，成功实现了细而柔韧、且物理和化学稳定性极高的纤维型温度传感器的数百米级大规模生产。

所制备的纤维在一次拉伸成形时，已同时包含可保护传感器的薄保护层。得益于保护层的作用，传感器在经历1000次温度刺激和弯折刺激后，性能仍未发生变化；即便暴露于多种化学物质和湿度环境中，也能保持稳定性。甚至在进行100次清洗后，其依然展现出优异的稳定性。

将纤维型温度传感器实际织入织物并穿戴后，研究团队确认可以测得与实际温度一致的体温，并且在行走等活动过程中也能在无信号噪声的情况下准确测量温度。研究团队还通过将传感器织入手套，展示了其作为测量接触物体温度的电子皮肤的应用潜力。

本研究成果已于本月12日发表在国际学术期刊《Advanced Fiber Materials》（《先进纤维材料》，纺织领域JCR前1.92%期刊）。