基于聚二甲基硅氧烷和银纳米线的柔性透明表皮薄膜加热器

发布时间:2018-11-10 14:25        

引言

表皮薄膜加热器(TFH)是一种新型功能设备。通常,TFH和表皮之间的紧密接触是有效热传递的必要条件。常规使用的陶瓷加热器由于其脆性难以与表皮贴合,特别是在诸如手指和脚踝的人体关节处。因此,材料的选择是高效薄膜加热器制备的关键。

我们通过随机分布银纳米线在柔性、可拉伸的PDMS膜中,形成三明治结构。这种结构结合了聚二甲基硅氧烷(PDMS)的可拉伸性和银纳米线(Ag NWs)的高导电性。此外,TFH还在具有半透明性特点的同时确保了高效的热吸收。

成果介绍

近日我课题组针对于表皮薄膜加热器的实际应用,提出用基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)和银纳米线(Ag NWs)的复合,构建三明治结构的薄膜加热器。实现了可拉伸性与透光性以及高效加热的多功能复合。并对加热过程进行了理论的拟合计算,得到能量转换效率可高达60%。

相关工作以题为“Afacile method to prepare transparent and stretchable epidermal thin filmheaters发表在了Composites Science and Technology上。作者:Dongyan Han,Yunxia Li, Xiao Jiang, Wenyu zhao, Fangcong Wang, Wei Lan, Erqing Xie,and Weihua Han*

图文导读

图1. 可拉伸的透明薄膜加热器的制备示意图

图2. 银纳米线的微观形貌图和样品的透光率测试结果

图3. 薄膜加热器的可拉伸性能测试图

图4. 薄膜加热器的加热性能图

5. 薄膜加热器的参数评估方法图

结论

本文中提出了一种简易的方法,通过将Ag NW网络夹在透明和可拉伸的PDMS中来制备薄膜加热器。它能实现快速的热响应,并在60秒内从室温升到了81℃的。此外,不中断焦耳加热的情况下,在1000次拉伸循环后,样品仍然具有显著的机械稳定性。我们还对加热过程进行了建模,并深入分析了加热性能的关键参数,计算了该薄膜加热器单位面积的热容量,在3V的电压下其最大能量利用效率可达60%。

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