Adv. Sci.：用于新一代可穿戴设备的Cu-Ag纳米网

一、【导读】

  电子纺织品被认为是构建新一代可穿戴电子产品的必不可少的基本元件，可用于能源收集、传感设备、人机界面、和屏蔽电磁干扰，是材料科学的前沿和重点课题之一。浸涂、喷涂和滴涂可用于制造导电材料涂层，相较于传统工艺方法更加适合大范围工业化，但这些方法要求导电材料具有较高的溶解性和分散性，且局限于传统材料，制备的电子纺织品无法保留原材料颜色。此外，二维材料的制备过程相对复杂，即使采用Ag纳米网等先进材料，制备高度稳定、色彩丰富、轻质化的导电纺织品仍然是本领域亟需解决的难题。Cu和Ag 纳米丝表现出良好的分散性，使它们成为溶液基涂层技术的理想人选。因此，究竟如何在不破坏原材料性能的前提下开发出具有更为优异的纳米材料，以及探索此类材料在工程领域中的潜在应用是目前材料科学的重中之重。

二、【成果掠影】

  近日，厦门大学Yan Tang等研究人员制备了Cu-Ag纳米网，基于独特的工艺流程，使Cu-Ag纳米网包裹在丝线纤维上，不仅保留了其固有属性，而且显著改善其导电能力、稳定性和干洗耐久性。在此基础上研究开发出一系列高质量、彩色的电子纺织设备。该研究成果以“Colorful Conductive Threads for Wearable Electronics: Transparent Cu–Ag Nanonets”为题发表在Advanced Science上。

三、【核心创新点】

1. 利用Cu-Ag纳米网开发出在常温下快速制备可穿戴电子产品的彩色丝线和织物。

2. 通过独特的工艺将Cu-Ag纳米网包覆在纤维上，得到的导电线不仅保留了纺织品原有特征，且在稳定性和干洗耐久性得到显著提高。

3. Cu-Ag纳米网可用于制造性能优良的织物加热器、触摸屏手套、可穿戴实时温度传感器和保暖织物等电子纺织设备。

四、【数据概览】

图1 a)Cu和Cu-Ag NWs的SEM图像; c) Cu-Ag NWs EDS元素谱图; d)制备导电丝线工艺示意图; e)不同Cu-Ag纳米网包覆次数的导电丝线图; f)导电丝线电阻随Cu-Ag纳米网包覆次数的演化; g)彩色导电丝线对发光二极管的影响; h)不同类型丝线缠绕Cu-Ag纳米网和i)其电阻随包覆次数的演化。

图2 a) 丝线和b,c)纳米网包覆丝线; d-g)分别为包覆Cu-Ag纳米网的丝线、鱼线、涤纶线和棉纱的SEM图像; h-k)分别为相应的高分辨率SEM图像。

图3 a)不同包覆次数Cu-Ag纳米网包覆丝的透射光谱; b)导电丝颜色相似度s随Cu-Ag 纳米网包覆次数的演化; 导电丝线的c)弯曲实验、d)扭转实验、e)水洗干燥稳定性实验和f)带式实验。

图4 用于可穿戴衣服上LED照明的导电线的a)光学图像、b)手套以及c)灯泡电路; d) Cu-Ag纳米材料制作的触摸屏手套的光学图像，分别用于操作智能手机的触摸、书写和放大; e)正常手套无法正常操作智能手机; f)普通手套和g)触摸屏手套工作原理示意图。

图5 铜银纳米网制成的环形加热器a)照片和b)红外热成像图; c) 不同保载时间下加热环的温度演化; d)不同电压下电流随导线长度演化; e)不同电压下导电丝线包覆的Cu-Ag纳米网温度分布随时间演化; f)不同温度下温度传感器相对电阻演化; g)温度传感器工作示意图; h)在手臂上放置温度传感器; i,j)不同体温下的监测用户的实时智能手机界面。

图6 a) Cu-Ag纳米网的电场分布; b) a)图中选定区域的放大成像; 纳米材料c)透射率和d)反射率; e)徒手、纯棉织物照片和纳米材料的照片和红外成像; f)导电织物原理示意图; g) 导电织物红外反射示意图; h)功率密度随包裹数演化; i)交叉纳米网结构模型; j)纳米网横向电场分布; k) 不同NWs距离下纳米网相对透射变化。

五、【成果启示】

综上所述，本文首先合成Cu纳米丝，通过化学沉积法形成Cu-Ag纳米丝，Ag元素的引入使得纳米丝具有优异的导电性。随后，将这种纳米丝包覆在不同纤维上，不仅可以保留纺织品的原有特征，而且可以提高其稳定性、耐久性和可加工性，进而可以制造出适用于实际生活、工业应用和一些高精尖设备。尤其是得益于Cu-Ag纳米丝的高红外反射率，温敏布减少功耗可达14.8%。利用Cu-Ag纳米丝制备的彩色导电丝线和织物有助于新一代可穿戴智能织物的研发与应用。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202201111。

本文由Keep real供稿