微纳米塑料在典型日用塑料制品使用过程中的释放规律及机制

摘要:塑料制品由于低廉和便利性, 在生活中被广泛的应用. 然而, 塑料制品在日常使用过程中会产生并释放微纳米塑料(MNPs), 可通过呼吸、无意摄入等方式进入人体, 带来潜在的健康风险. 因此, 明确塑料制品在使用过程中MNPs的释放情况具有重要的现实意义. 本文详细总结了“食品包装及容器”“母婴用品”“医疗及防护用品”“衣服与织物”以及“其他日用品”等5类典型日用塑料制品在各自主要使用场景下MNPs的释放情况. 其中, “食品包装及容器”类塑料制品的研究最丰富, 主要释放出聚丙烯材质的、颗粒状的MNPs, 且约70%的MNPs粒径分布在0~100 μm. 进一步归纳了塑料制品在机械破碎、热降解和其他作用下(光/生物降解)的释放机制. 其中, 机械应力(如磨损、搅拌、洗涤等)导致塑料制品发生的机械破碎, 以及温度的变化(高温或冷冻)是引发塑料制品释放MNPs的主要机制. 此外, 深入分析了影响塑料降解和释放的关键因素, 发现机械应力强度的增强、温度的升高和降低、光照(紫外光)时间的延长、微波时间和强度的增加、使用时长和次数的增多以及接触物质的成分等均会促进MNPs的释放; 同时, 塑料的种类和结构也是影响MNPs释放的重要原因之一. 随后, 探讨了其他有机化合物(如, 酚类、酯类、芳香族化合物)、重金属离子(如, 砷、铬、铅离子)、金属纳米颗粒(如, 铜纳米颗粒)等添加剂在MNPs产生过程中的释放情况. 最后, 对塑料制品的未来研究方向进行了建议和展望, 为探明塑料制品对人体健康的影响提供了理论支持.

离子凝胶在柔性可穿戴系统中的应用研究进展

摘要:离子凝胶( IG) 是由离子液体和聚合物支撑网络构成的离子导体,具有抗冻、抗干燥、透明度好、柔韧性高、迟滞低等优点,是当前研究的热点和焦点。本文综述了IG 在柔性可穿戴系统中应用的最新进展,重点介绍了IG 的合成方法( 直接混合法、原位聚合法和溶剂交换法) 、物理/化学性能( 包括力学性能、导电性能、自愈合性能、抗冻耐热性能、生物相容性、可降解性、形状记忆性和粘附性等) 以及应用场景( 包括离子皮肤、人体运动监测、人机交互和柔性能量存储等) ,并总结了IG 性能提升和应用场景拓展的常用方法,最后提出了IG 目前存在的问题以及未来发展的方向。

纺织基摩擦纳米发电机在运动与健康领域中的最新研究进展

摘要:纺织基摩擦纳米发电机(Textile-based triboelectric nanogenerators,T-TENGs) 在能源收集和可穿戴设备领域展现出巨大潜力,尤其在运动与健康领域中尤为突出。本文针对T-TENGs 在运动与健康领域中的最新研究进行综述。首先,介绍了摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerators,TENGs) 的工作原理及模式;T-TENGs 的关键材料,包括电极和正负摩擦电材料。其次,概述了多种制备技术,如共轭静电纺丝、湿法纺丝、环锭纺纱、二维编织、3D 编织和静电纺丝膜等;以及针织、机织、非织造、刺绣和3D 打印织物等不同结构的制备方法。然后,总结了T-TENGs 在运动领域(如人体运动监测和不同运动项目中的应用)、健康领域(生命体征监测和健康监测与疾病的监测、预防与矫正),以及多功能运动与健康方面的最新进展。最后,讨论了T-TENGs 遇到的挑战、未来发展趋势及其在多功能应用中的广泛应用前景,为T-TENGs 的进一步研究和制备提供参考。

新型机电转化纤维材料与自供能可穿戴技术

摘要:随着柔性可穿戴电子设备的高速发展,众多可穿戴电子产品已成为人们日常生活的一部分。摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG) 为有效解决供电难题提供了新方法。基于TENG 技术,利用织物将身体运动转化为电能与传感信息,机电转化纤维(Mechano-electric conversion fibers,MECFs) 应运而生。MECFs 能够在高效收集身体低频、不规则机械能的同时,确保舒适、透气、安全且耐用,实现了自充电供能和自驱动传感两大功能。MECFs 催生了一个以人体为中心、自我维持的能量和信息供给系统。基于MECFs 的工作原理,起电材料的选择与设计是影响MECFs 性能的关键因素,MECFs 的多维度结构设计进一步提升了其能量转换效率。目前,MECFs 已经在智能生活中广泛应用,特别是自充电供能和自供能传感。尽管取得了显著进步,新型MECFs 的发展仍然面临着诸多挑战。展望未来,在人工智能和物联网的加持下,MECFs 将继续向智能化、个性化的道路迈进。

光致变色纺织品制备技术的研究进展

摘要:光致变色纺织品因迅速的光响应性和反应可逆性等特质,在时尚和智能纺织品领域应用前景广泛。概述光致变色材料的变色原理和分类,探讨光致变色纺织品制备方法(直接接枝、染色及印花、纺丝、层层自组装、微胶囊法)的最新进展,并总结各种方法的优缺点。直接接枝法可精确控制材料用量,但部分方法需要专业技术和设备;染色及印花法简便经济,适用于大规模生产,但染料易褪色且可能污染环境;纺丝法将光致变色物质纺入纤维,但制备过程复杂;层层自组装法可精确控制材料结构,提高稳定性,但制备周期长且繁琐;微胶囊法可有效隔离材料,提高稳定性,具有量产潜力,可用于开发智能纺织品。最后,简要介绍光致变色纺织品在光信息储存和太阳紫外线检测等领域的应用进展。

基于微电容掺杂的高性能摩擦电纺织品

摘要:摩擦纳米发电机(TENG) 作为一种可以将机械能转化为电能的新兴技术,为智能可穿戴设备的能源供给提供了新的解决方案。然而,传统可穿戴式TENG 电荷密度低、输出功率小仍是一个亟待解决的问题。本文分别采用铁电陶瓷钛酸钡(BaTiO3)和二维过渡金属碳/氮化物(MXene)作为正、负极摩擦材料的填充物构筑了一种高性能摩擦电纺织品。借助BaTiO3的铁电效应和MXene 的界面极化效应形成了两种微电容,促使正极摩擦材料聚乳酸(PLA)和负极摩擦材料聚偏二氟乙烯(PVDF)的电荷密度相应增加,从而提高摩擦电纺织品的输出性能。研究结果表明:当BaTiO3掺入量为6wt%,MXene掺入量为0.10wt% 时,摩擦电纺织品的输出功率高达99 W/m2,此时输出电压为1600V,短路电流为50μA,分别是纯PLA-PVDF体系的2.7倍与3.6倍。在固定拍打频率下可同时点亮480颗发光二极管(LED),并可供应电子手表的正常运行。上述结果表明PVDF/MXene-PLA/BaTiO3体系有效提升了传统TENG 的输出性能,具备良好应用前景。

燃气热水器铜质换热器防腐工艺研究

摘要:铜作为换热器的主要材料,在燃气热水器中应用广泛。然而,近年来,部分地区的铜管腐蚀漏水问题已成为行业难点。就铜质换热器的穿孔腐蚀问题,依据水质分析以及失效分析,分别从管道材料处理、水质处理两方面入手,提出管内壁镀镍、FOF(Filming Organic Formula)物理阻垢2种缓蚀方案。通过电化学试验、耐久性验证论证了方案的可行性。最后,针对以上2套方案批量制作了样品在山西、山东等地定向试用并定期追踪,结果显示,镀镍方案可在一定程度上减缓热交换器腐蚀,寿命可延长60%~200%;FOF物理阻垢整体可延长换热器使用寿命60%~200%以上。

超疏水表面在柔性可穿戴器件上的应用研究进展

摘要:柔性可穿戴电子器件因其轻薄便携、集成度高以及保形性好等特点在医疗保健、运动跟踪及环境监测等领域获得广泛关注。然而,特殊的使用环境使得其长期稳定性受到外界环境及受试者体表分泌物等复杂水合环境的挑战。超疏水表面因其特殊的防水、自清洁、抗腐蚀、抗菌等功能,为可穿戴电子器件及其供能设备的性能提升及延寿提供了新契机。简述了柔性可穿戴电子器件的研究进展;揭示了超疏水表面的主要原理和影响因素;汇总了超疏水表面的主要制备方法及其各自优缺点;简述了超疏水表面在可穿戴传感器、能量转化器件及储能器件方面的应用;指出高机械稳定性、良好的环境耐久性以及高透光率是未来超疏水表面在可穿戴器件上实现应用与发展的重点与难点。

基于相变材料的调温纺织品研究进展

摘要:调温纺织品因在提升人体舒适度和节能降耗方面具有显著优势而受到广泛关注.相变材料是依靠自身性能在相变区间内吸收或释放热量,从而实现能量在一定温度范围内存储与释放的材料,是实现调温功能的核心,具有优异的储热能力和可控的相变温度范围.调温纺织品的制备包括相变材料的合成与封装、与纤维的复合以及织物设计.将相变材料整合到织物或纤维中,利用相变材料相态的转变达到织物温度的调节,作用于人体可营造出较舒适的环境G织物G人体微气候,不仅能提升使用者的舒适度,还具有节能减排的作用.综述了相变材料的分类、封装方式及应用现状,介绍了基于相变材料的调温纺织品的制备工艺、热性能表征方法及在军事、航空航天、生物医学、柔性可穿戴设备等领域的应用进展,并展望了调温纺织品未来的发展前景.

面向可穿戴的纱线基汗液微流控器件: 原理、设计、构建与应用

摘要:随着可穿戴技术的飞速发展, 人们对生理状态实时监测的需求日益迫切. 纱线基汗液微流控技术因其卓越的汗液收集、转运能力与良好的纺织工艺兼容性, 成为实现这一需求的重要备选方案. 然而, 纱线基汗液微流控器件的原理、设计、构建与应用等方面仍面临诸多挑战. 本文回顾了纱线基微流控技术的发展历程, 并深入探讨了纱线芯吸的基本原理及其性能调控方法. 基于纱线芯吸特性, 本文进一步总结了面向不同应用的纱线基汗液微流控器件, 包括汗液分析传感器、汗液激发供能装置和汗液触发致动器. 上述器件不仅展示了纱线基汗液微流控器件在实时汗液成分分析、收集利用汗液供能和汗液触发形变方面的巨大潜力, 而且为实现智能化可穿戴健康监测和运动分析提供了有力支撑. 这一领域研究的不断深入有望推动智能织物和可穿戴技术进一步发展, 为人类健康生活带来更多便利.