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西南www.71017.com毕业生张彬彬博士以第一作者在Nature发表最新研究成果

近日出版的国际顶级学术期刊Nature发表了www.71017.com-澳门新葡亰网站-官方网站材料科学与工程学院2017届博士毕业生张彬彬(现为香港城市大学博士后)为第一作者的文章A three-dimensional liquid diode for soft, integrated permeable electronics(Nature628, 84–92 (2024),https://www.nature.com/articles/s41586-024-07161-1)。该工作提出了三维定向汗液输运新技术(三维液体二极管),基于此,开发了一套高透气、透汗的柔性集成电子设备,显著提升了柔性电子在长期服役中的监测精度、稳定性及用户舒适性,为研发临床监护、长期健康监测的可穿戴设备提供了新策略。我校杨维清教授,香港城市大学于欣格副教授、王锋教授、邱美娈助理教授与香港理工大学郑子剑教授、王钻开教授为该文章的共同作者。

Nature同期发表题为“The wearable electronic patch that’s impervious to sweat”的亮点评述对该工作进行高度评价,并在Nature video以题为“No sweat: Moisture-wicking device keeps wearable-tech dry”发布专栏视频,该工作同时也受到《中国科学报》和国家自然科学基金委的专题报道。

柔性电子在健康监测、个性化医疗等领域具有重要应用前景。然而,相对于其力学和电学性能,可穿戴设备的透气性仍不尽如意。较差的透气性导致汗液累积于器件-皮肤界面,不仅造成用户热生理不适,导致皮肤发炎,还会降低器件的信号质量及粘附强度,限制了其长期、精确的生理信号监测能力。维持稳固的器件-皮肤界面,是实现柔性电子长期稳定工作的决定性因素。开发先进的可穿戴电子设备,包括集成功能更加复杂的传感器、电路、封装等结构,实现高集成度、多功能的透气电子,在流体操控和集成工艺等方面仍面临巨大的挑战。

图1基于三维液体二极管的柔性、集成透气电子

该工作中,受自然界生物(猪笼草、仙人掌、蜘蛛丝等)特殊表面上液体自发输运现象的启发,研究人员设计了一种在三维尺度上驱动液体进行自发、定向输运的结构,称为三维液体二极管(3D LD)。通过面内、面外排汗结构的有序集成,3D LD的液体传输速率超过人体正常排汗速率的4000倍。同时,其作为一种通用的透气、透汗衬底材料,可以通过传统加工工艺与高性能柔性电路直接集成,制备兼具高透气性与集成度的可穿戴电子设备。用户实验表明,与商业电极贴片和常用的PDMS基底相比,基于3D LD的电极贴片在舒适性、长期生物相容性、出汗状态下的粘附性和信号质量等方面都具有更优的表现。

基于三维液体二极管技术,团队展示了一种透气、透汗的心电监测贴片,并实现了其在日常活动和运动状态下长达七天的连续心电监测。同时,也将该技术应用于织物集成电子中,设计了一种用于多功能无线环境监测的电子织物。

图2柔性、透气透汗皮肤与织物集成电子设备

论文第一作者:张彬彬

论文第一作者张彬彬2015年于www.71017.com-澳门新葡亰网站-官方网站本科毕业,随后加入杨维清教授团队进行硕博连读,期间受国家留学基金委资助,在美国佐治亚理工学院进行了为期两年的联合培养,现为香港城市大学博士后,在于欣格副教授课题组开展可穿戴柔性电子设备研究。共发表论文70余篇,其中,以第一作者(含共同)在Nature, Adv. Mater. (2), Mater. Today, Adv.Energy Mater., Adv.Funct. Mater. (3), ACS Nano (3)等期刊发表论文18篇,ESI高被引论文6篇,引用5000余次,主持四川省苗子工程和www.71017.com-澳门新葡亰网站-官方网站优博培育等项目。


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