ACS NANO：用于预警的可编织、可重构摩擦电铁磁流体纤维

摘要：第一作者：Naiyan Wu通讯作者：Wei Gong，Yaogang Li通讯单位：安徽农业大学，东华大学DOI: 10.1021/acsnano.4c06225

第一作者：Naiyan Wu

通讯作者：Wei Gong，Yaogang Li

通讯单位：安徽农业大学，东华大学

DOI: 10.1021/acsnano.4c06225

背景介绍

每年有超过2亿次怀孕，这是生命中的一个关键阶段，其特征是深刻的生理和行为转变。孕妇的环境和生活方式至关重要，影响着他们自己的健康和胎儿的发育。最近的研究强调了高水平磁场和强电磁辐射带来的重大风险，这些风险会破坏细胞组织的化学稳定性，引发细胞凋亡和阻碍胚胎生长。这些干扰增加了孕妇和胎儿畸形的健康风险。这些发现强调了开发便携式自动预警传感系统的必要性，该系统可以在危险的磁性和电磁环境中发出警报，以保护弱势群体，特别是孕妇的健康。

传统的EMF传感器通常体积庞大、刚性大，通常需要复杂的辅助电路，使其不适合便携式可穿戴设备。由于技术创新，柔性材料和可穿戴传感的最新进展越来越突出。然而，传统电源系统的频繁维护和更换需求，以及与服装的低集成度，继续减缓了可穿戴EMF传感技术的发展。自供电传感光纤的特点是其高可织性和独立于外部电源，使其成为下一代可穿戴EMF传感器的有前景的候选者。尽管自供电传感光纤有前景，但目前其应用受到耐磨性差和电输出次优的限制。一个重要的问题是，传统的固体电极材料往往具有很强的电磁干扰屏蔽效应（EMI SE），大大降低了它们对电磁波和磁场的敏感性。此外，传统设计的性能受到环境的显著影响，对其在智能可穿戴传感器中的实际应用构成了相当大的挑战。

本文亮点

1. 本工作引入了一种摩擦电铁磁流体纤维（TFF），它会响应EMF而移动，从而以自供电的方式产生电荷。TFF柔软、可拉伸（470%），可以织成织物。

2. TFF利用软接触（铁磁流体硅橡胶纤维）摩擦电芯层来提高其对EMF的灵敏度，使其能够检测到即使是微小的电磁波动，例如手机打字产生的波动。

3. 设计了一种智能结构，用于环境预警和潜在的实时脉搏监测，专门针对弱势群体的安全和医疗需求量身定制。并且通过将TFF集成到服装中并探索其在无线传输警告信号和远程NFC功能方面的能力，开发了一种传感和通信服装（SCA）。

图文解析

图1. （a）自供电智能传感平台示意图。（b） TFF示意图。

图2. （a） TFF和用收集辊收集的TFF的制备过程示意图。（b）氧等离子体处理后粘合因子单宁酸在硅橡胶表面粘合的示意图。（c）老化时间对TFF拉伸性能的影响。（d）不同NaCl浓度下水凝胶电极的电导率。（e）不同离子浓度水凝胶电极在不同频率下的SER和SEA。

图3. （a）二次曲线阵列在方向可变磁场下的动态运动示意图。（b）铁磁流体圆锥阵列的左倾、垂直和右倾照片。（c）单个磁性流体尖峰的放大照片。（d和e）铁磁流体中磁性纳米粒子在不同放大倍数下的SEM图像。（f）铁磁流体在疏水处理硅橡胶基材上的组装和重建过程的表现。

图4. （a）铁磁流体液滴的形状随磁场强度的变化。（b和c）TFF在不同磁场强度下的短路电流（b）和开路电压（c）性能。（d）水凝胶电极折射和耗散电磁波的示意图。（e和f）用不同NaCl浓度制备的TFF的短路电流（e）和开路电压（f）性能。（g和h）由具有不同电极材料的水凝胶电极制备的TFF的短路电流（g）和开路电压（h）性能。