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CEJ:面向电测屏蔽、抑菌和运动监测的可穿戴多功能纳米纤维素/银纳米线/氧化石墨烯薄膜

文章信息:
第一作者:王正,李时搏
通讯作者:贾辉*,姜东*,陈成猛*
通讯单位:中国科学院山西煤炭化学研究所

【研究背景】
随着5G电子设备向毫米波频率的快速发展,强电磁辐射已经严重威胁到人体健康。因此,对具有高性能电磁防护功能的可穿戴抗菌材料的需求非常迫切,但目前缺乏合理的结构设计以实现多功能。文章通过简易浸涂法成功制备了具有多层结构的可穿戴抗菌纳米纤维素/银纳米线/氧化石墨烯(CNF-Ag NWs/GO)复合薄膜。该多层结构由柔性的CNF基底、电磁屏蔽单元Ag NWs以及封装单元GO构成。得益于GO片层通过氢键相互结合的封装作用,形成了致密的银纳米线导电网络。所制备的薄膜表现出极低的方阻(0.9 Ω/sq)以及在毫米波范围(26-40 GHz)内高达80 dB以上的优异电磁屏蔽性能。同时,还兼具出色的抗菌性能和高灵敏度的运动监测能力。

【文章简介】
近日,来自中国科学院山西煤炭化学研究所陈成猛研究员团队在国际期刊
Chemical Engineering Journal上发表题为“Towards Wearable Multifunctional Cellulose Nanofiber/Silver Nanowire/ Graphene Oxide Film: Electromagnetic Protection, Antibacterial and Motion Monitoring”的研究文章。该研究报导了一种通过简便浸涂法制备的多功能CNF-Ag NWs/GO薄膜。

要点一:GO层的覆盖使Ag NWs网络致密化
根据SEM图像,CNF膜展现出由1D的纤维编织成的粗糙表面(图1a),较高的粗糙度有利于Ag NWs的附着。在Ag NWs溶液浸渍以后,CNF-Ag/GO-3L膜表面有Ag NWs网络形成(图1b)。由于GO层较薄,透过GO层可以清楚地看到Ag NWs网络的纹理(图1c),实现了GO层超薄封装的效果。GO层的覆盖不仅可以固定Ag NWs层以防止脱落,而且可以使Ag NWs网络致密化,降低Ag NWs之间的接触电阻。随着循环浸渍的次数增加,不同Ag NWs和GO层之间的相互作用进一步增强。当循环次数达到六次时,CNF-Ag/GO-6L膜表面的Ag NWs导电网络更连续、致密(图1d)。此时,从局部放大的SEM图中可以看到Ag NWs网络表面仍有超薄GO层封装,证明多次循环没有破坏Ag NWs网络(图1e)。由SEM图像的Mapping分析,可以看出Ag NWs在CNF-Ag/GO膜表面实现了均匀的分布(图1f)。

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