一种兼具日间辐射降温和生理电信号监测的高拉伸电子织物及其制备方法和应用

本发明属于热管理智能织物及其制备领域，具体涉及到一种兼具日间辐射降温和生理电信号监测的高拉伸电子织物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、柔性电子器件在电子皮肤、软机器人、人机界面和医疗设备等领域显示出巨大的应用潜力，设计和制备具有优异的穿戴舒适性(如湿舒适、热舒适)、良好的皮肤共形性和稳定的生理信号传感性能的电子皮肤具有重要的学术和市场价值。聚合物纤维织物具有柔性好、孔隙率高、比表面积大、易于表面功能化等优点，将其与电子器件结合可以制备高穿戴舒适性和高柔软性的电子织物，相比致密聚合物、水凝胶基电子器件显示出更为广阔的应用潜力。

2、日间辐射制冷，是一种利用物体向寒冷太空辐射能量以降低其自身温度，以实现太阳光直射下物体表面低于环境温度的零能耗制冷技术。地表物体的日间辐射制冷原理是尽可能减少材料对太阳光波段(波长范围约在0.3-2.5um)的吸收，与此同时尽可能增加材料在大气窗口(波长范围约在8-13um)的发射，使得材料可将热量自发散逸到外太空，从而实现低于环境温度的零能耗制冷效果。将辐射降温功能与可穿戴电子器件进行结合，将极大改善贴肤器件的长时间穿戴舒适性。

3、已报道的具有辐射降温性能的穿戴电子器件虽然具有一定的降温效果，但是大多由不透气、不透湿的聚合物膜所制成，无法解决长时间穿戴舒适性的问题。此外，传统的织物难以通过有效且简易的方式来控制纤维直径与孔径，以实现在太阳辐射波段的高反射和中远红外辐射波段的高发射效果。因此，如何寻找有效且简易的方法来制备孔隙可控的电子织物，以及如何平衡电子织物的降温性能、力学性能、透气透湿性能和生理信号监测性能，是制备高性能电子织物所需要解决的关键问题。现有的辐射制冷织物如专利cn112342792a所述的通过浸渍法制备的日间辐射降温织物不具备中远红外高发射的性能，难以实现高效辐射降温的功能。因此，设计并制备一种能够实现户外高效辐射降温的电子织物，在保证穿着舒适性的同时对人体健康信号进行实时监测，将具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种兼具日间辐射降温和生理电信号监测的高拉伸电子织物及其制备方法和应用。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、本发明的目的之一是提供一种兼具日间辐射降温和生理电信号监测的高拉伸电子织物的制备方法，所述制备方法包括：

4、s1：将sebs母粒溶于含il(离子液体)的混合溶剂，再向其中加入al2o3纳米颗粒，混匀后得到复合纺丝液；

5、s2：将复合纺丝液通过静电纺丝得到无纺织物，然后对其进行热处理，得到孔径可控的高拉伸纤维织物；

6、s3：采用模板印刷在上述高拉伸纤维织物上印刷蛇形液态金属电路，再进行预拉伸，得到兼具日间辐射降温和生理电信号监测的高拉伸电子织物。

7、作为本发明的一种优选方案，其中，s1中复合纺丝液中sebs的固含量为5～18wt.％，il(离子液体)含量为0.1～2％。

8、作为本发明的一种优选方案，其中，s1中复合纺丝液中al2o3纳米颗粒的质量为sebs的10～30％。

9、作为本发明的一种优选方案，其中，s1中al2o3纳米颗粒粒径为400～800nm。

10、作为本发明的一种优选方案，其中，s1中混合溶剂由氯仿和甲苯组成。

11、作为本发明的一种优选方案，其中，s2中静电纺丝参数为：纺丝速度为0.4～0.6ml/h，纺丝时间为60～180min。

12、作为本发明的一种优选方案，其中，s2中热处理温度为105～120℃，时间为30～120min。

13、作为本发明的一种优选方案，其中，s2所得高拉伸纤维织物的孔径为5～10μm。

14、作为本发明的一种优选方案，其中，s3中液态金属为ga:in摩尔比为(1～3):1的镓铟合金。

15、作为本发明的一种优选方案，其中，s3中液态金属印刷量为0.1～0.4g/cm2。

16、作为本发明的一种优选方案，其中，s3中预拉伸的伸长率为10～50％，次数为100～300次。

17、本发明的目的之二是提供一种按上述方法制得的兼具日间辐射降温和生理电信号监测的高拉伸电子织物，所述兼具日间辐射降温和生理电信号监测的高拉伸电子织物的厚度为150～300μm。

18、本发明的目的之三是提供一种按上述方法制得的兼具日间辐射降温和生理电信号监测的高拉伸电子织物在热管理功能织物、可舒适穿戴的人体表皮电子器件、可穿戴医疗器件制备中的应用。

19、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

20、本发明以高弹性、低杨氏模量的聚苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(sebs)为原料来制备透气、透湿、高柔弹性的无纺织物基材，通过与离子液体(il)共纺以改善纤维直径的均一性，通过均匀混纺功能性al2o3纳米颗粒以增强织物的中远红外波段发射率，之后经过热融合工艺可控调节织物的孔隙尺寸以改善织物的紫外可见近红外波段发射率，从而进一步提高辐射降温性能，最后在织物表面印刷一层液态金属电路，通过反复预拉伸处理制备后，获得兼具日间辐射降温和生理电信号监测的多功能高可拉伸电子织物，拓展其在柔性电极、可穿戴电子器件、热管理织物等领域的应用。具体优点如下：

21、(1)静电纺丝技术可以将聚合物制成微纳尺度的纤维无纺织物，通过调控各项纺丝参数(纺丝液组成、电压、喷头尺寸、接收距离、纺丝时间等)，能够方便地调节纤维直径、织物厚度/孔隙率/组成、力学性能。本发明将离子液体和sebs共混可以增加纺丝液的电导率，从而显著降低纤维直径，并可以有效改善sebs织物的直径均一性。

22、(2)sebs弹性体具有非常低的杨氏模量和高拉伸回弹性，以其为原料制备的无纺织物亲肤、柔弹、透气性好，相比其他弹性体如聚氨酯、聚二甲基硅氧烷，更适宜于作为柔性基材制造可舒适穿戴的皮肤电子器件。

23、(3)sebs弹性体具有热塑性，通过调控热处理时间和温度，能够方便地调节无纺织物的孔径大小，由于材料会对波长接近其孔隙尺寸的电磁波产生强烈的散射，通过调控纤维孔径能够实现sebs无纺织物对紫外可见近红外波段(0.3～2.5μm)的高反射，从而改善其降温性能。

24、(4)本发明通过混纺将al2o3纳米颗粒均匀分散并包埋在sebs弹性体纤维中，al2o3可提供(～12μm)的强声子偏振共振，能显著提高无纺织物在中远红外波段的发射率。

25、(5)液态金属是一种低熔点合金，具有极高的导电性、良好的流动性、无限延展性，易于与聚合物纤维材料进行复合制备高可拉伸导电织物。然而，由于液态金属的高表面张力，其通常是以连续膜状印刷在织物表面，对织物的孔隙会造成严重堵塞。本发明通过一定伸长率下的反复预拉伸处理，可将液态金属从织物表面逐渐迁移分散至织物内部，从而恢复电子织物的透气透湿性，可以作为高透气性的贴肤电极应用于人体生理电信号的监测。

26、(6)本发明制备工艺简便易行，所用的原料价格低廉，可以进行规模化制备。

27、(7)本发明所制备的电子织物具有可控调节的孔径尺寸，在紫外、可见和近红外波段(0.3～2.5μm)具有非常高的反射率，且得益于纤维中包埋的al2o3纳米颗粒，电子织物在中远红外波段(3～25μm)具有稳定的高发射率，因此具备优异的日间辐射降温性能。