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王秀锋课题组在特殊润湿性与可穿戴器件领域发表系列研究成果

作者 : 曾坛 编辑 : 李雯雯 来源:材料科学与工程学院 发布时间 : 2022-05-10 09:48:14 点击量:

近期,我校材料科学与工程学院王秀锋教授课题组在特殊润湿性表面及其可穿戴器件应用方面取得了系列进展,先后在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)等国际知名期刊连续发表系列研究成果。

柔性可穿戴器件具有轻薄便携、皮肤适形贴合、集成度高和电学性能优异等特点,在人机交互、物联网智能终端、健康管理与生命体征监控等领域极具应用潜力。然而,该类器件在实际应用中往往会处于特殊的水合环境中(外界的水分与湿气,体表分泌物和汗液形成的小气候等),从而较难实现长期、稳定地健康监测和能源收集。

受特殊浸润性生物表面启发,引入全部或部分特殊润湿表面有望解决此问题。预制的特殊润湿表面能有效操控器件表面与液体的相互作用或内部各类液体的流动行为,为各种新型可穿戴应用提供新契机。

今年4月,王秀锋教授课题组综述了表面润湿性在可穿戴能源和健康监测器件中的最新进展,包括皮肤贴合类器件中表面润湿性的调控策略(单超亲水、单超疏水、双效图案化和Janus结构等)和前沿应用(自清洁、水分管理、液滴发电、汗液可控收集与即时检测等),分析了可穿戴器件在水合环境中使用可能出现的挑战,展望了表面润湿性在健康监测和能源收集方面的潜在优势和未来机遇。

该综述长文以“表面润湿性在皮肤贴合类器件中的应用(Surface Wettability for Skin-Interfaced Sensors and Devices)”为题发表在材料领域国际著名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials, IF: 18.808)。王秀锋教授为第一作者,其博士生刘杨承毅为第二作者,欧阳晓平院士和宾州州立大学程寰宇教授为通讯作者,我校为论文第一单位。

今年2月,该课题组博士生刘杨承毅等在《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal)上发表题为“具有持续水分不敏感特性的超疏水MXene-海藻酸钠海绵用于人体活动监测(Superhydrophobic MXene-Sodium Alginate Sponges with Sustained Moisture-insensitive for Human Activities Monitoring)”的研究论文。该研究通过MXene-海藻酸钠复合材料优异的电学性能实现低压焦耳热效应,有效抑制水分子在其超疏水表面的吸附,实现了高湿度环境下的可持续超疏水特性,为超疏水应变传感器在复杂水合环境下的稳定使用提供了有效途径。

2021年7月,该课题组硕士生刘莹等在《应用材料与界面》(ACS Applied Materials & Interfaces)期刊上发表题为“应变调控褶皱与裂纹微阀实现颗粒筛选和微流控逻辑门(Strain-tunable microfluidic devices with crack and wrinkle microvalves for microsphere screening and fluidic logic gates)”的研究论文。该研究采用硬膜软基底体系预拉伸和微流控集成制备技术,发展了一种基于应变调控裂纹与褶皱的微阀,实现了微米级颗粒筛选和可编程微流控逻辑门功能。

2020年10月,该课题组硕士生张迎雪等在《芯片实验室》(Lab on a Chip)期刊上发表题为“基于单开口腔与疏水阀设计的皮肤可贴合微流控芯片(Skin-interfaced microfluidic devices with one-opening chambers and hydrophobic valves for sweat collection and analysis)”的封面研究论文。该研究基于疏水阀结合单开口腔室的微流控技术,开发了一种可与皮肤表面贴合的微流装置,利用爆破压梯度实现了单开口储液腔的环壁延时可控收集。该成果已被数十家国内外媒体报道(包括Science News, Science Daily, Phys.org等),并得到了广泛的正面评价与引用。

王秀锋教授长期从事与“可穿戴微流控与传感器”相关的软物质表界面和微流体力学、材料表面特殊浸润性调控等研究,致力于开发水合环境中柔性传感器、汗液定量收集与即时分析贴片等人体生理和医学指标无创检测技术。在美国科学院院刊(PNAS)、中国科学(英文版)、先进材料(Adv. Mater.)系列、国际固体与结构杂志(IJSS)、应用物理快报(APL)等国际著名学术期刊上发表论文40余篇,独著专著1部,申请国家发明专利近10项,主持国家自然科学基金3项,并以第一完成人获得了湖南省自然科学奖二等奖等奖励。

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