清华大学张莹莹副教授课题组，通过激光诱导在芳纶织物上写入石墨烯，并展示了制备的不对称石墨烯/芳纶织物在智能防护服中的应用。以芳纶为代表的高性能聚合物纺织品（例如 凯夫拉[Kevlar]织物）激光辐照引起的光热效应导致芳纶织物中的C=O和N-C键断裂，剩余的碳原子重组为石墨烯，实现石墨烯在芳纶织物上的写入。进一步的，作为概念验证，将柔性锌空气电池、心电图电极和二氧化氮传感器等装置与不对称织物耦合在一起。此外，还使用此不对称织物构建了自发电和智能的防护服。此激光诱导将石墨烯写入商用纺织品的方法，为纺织电子器件的制备提供了一条多功能、快速的途径。

Laser Writing of Janus Graphene/Kevlar Textile for Intelligent Protective Clothing

https://doi.org/10.1021/acsnano.9b08638

2019自然科学基金面上项目-丝蛋白基柔性可穿戴材料的制备与应用研究
批准号        21975141       
学科分类        柔性与可穿戴材料化学 ( B050406 )
项目负责人        张莹莹       
依托单位        清华大学
资助金额        66.00万元       
项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日

电子织物（E-textiles）通过将功能电子元件整合在织物上，实现了传统纺织行业与现代电子行业的融合。传统织物具有很多优点，例如柔性、透气性、弹性等。如果将块体的硬质电子元件整合进织物会大大降低织物的穿戴舒适性。为了缓解这个问题，研究者尝试将功能电子元件制成纤维状并编织进织物中，这种方式在一定程度上提高了电子织物的穿戴舒适性，然而，制备电子功能纤维并整合进织物这种相对繁琐的过程会导致高昂的成本。开发高效、便捷、低成本、可个性化的制备电子织物的方法仍待开发。

蚕丝被誉为纤维皇后，是一种常见的天然蛋白纤维，开辟了我国古代丝绸之路，并伴随了几千年的文明发展历程。蚕丝具有的良好的生物相容性、无毒无刺激、可生物降解、产量丰富等优点，是构建电子织物的极具潜力的原材料。

针对电子织物的发展需求，清华大学张莹莹团队联合中科院北京纳米能源与系统研究所翟俊宜团队提出了通过同轴3D打印法制备电子织物的策略，通过将自行设计的同轴喷丝头集成到3D打印机上，实现了在织物上皮芯结构纤维和智能电子器件的直接打印。同轴喷丝头的运用为3D打印带来了材料、结构、乃至功能的多元性，为电子织物的设计和灵活制作提供了新思路。

通过同轴3D打印技术在织物上制作由皮芯结构纤维构成的智能图案

通过对皮芯结构材料的选择和搭配，可实现各种智能功能。通过选择不同的墨水组合进行打印，可高效地将不同功能的单元集成在织物中（类似于彩色打印机）。作为该技术制备得到的智能图案化电子织物的概念展示，作者使用由丝素蛋白皮层和碳纳米管芯层构成的皮芯结构智能图案，实现了将人体运动时衣物摩擦产生的静电进行收集，获得了高达18 mW/m2功率的电能输出。此外，作者还展示了这种方法制作超级电容器图案，用于能源存储。通过电子织物的设计制作，服饰上的个性化图案在传统的审美或商标功能之外，还将具备信号收集、信息交互、能源管理等新功能。

参考文献：

MingchaoZhang, Mingyu Zhao, Muqiang Jian, Chunya Wang, Aifang Yu, Zhe Yin, XiaopingLiang, Huimin Wang, Kailun Xia, Xiao Liang, Junyi Zhai,* and YingyingZhang*. Printable Smart Pattern for Multifunctional Energy-ManagementE-Textile. Matter, 2019.

DOI:10.1016/j.matt.2019.02.003

https://www.cell.com/pb-assets/journals/research/matter/printable-smart-pattern.pdf?utm_campaign=STMJ_1552570354_TOPA_TOPOTR&utm_medium=SORG&utm_source=WC&dgcid=STMJ_1552570354_TOPA_TOPOTR

清华大学张莹莹AM: 一篇综述带你领略柔性可穿戴电子器件中碳材料的风采

柔性和可穿戴电子产品因其在人体健康监测和智能医疗系统中具有潜在的应用而备受关注。碳材料因具有良好的导电性、本征或结构柔性、质轻、高稳定性、易于化学修饰以及规模生产等优点，而成为应用于柔性可穿戴电子器件的明星材料。因此，致力于制备具有合理设计结构的碳材料的研究，将极大地助力下一代电子器件的发展。

近日，清华大学张莹莹老师等人在材料领域顶刊Advanced Materials上发表了题为“Advanced Carbon for Flexible and Wearable Electronics”的综述。其详细地回顾了碳材料在柔性可穿戴电子器件中的合理设计和可控制备方面的最新进展，介绍了用于高性能柔性电子器件的具有可控微/纳结构的各种碳材料（碳纳米管、石墨烯、天然生物质基碳等）的设计制备。同时回顾和讨论了碳基柔性器件的制备策略、工作机理、性能和应用，包括应变/压力传感器、温度/湿度传感器、电化学传感器、柔性导电电极/电线和柔性电源系统。此外，对多功能器件的集成也进行了简要的讨论，并总结了目前该领域存在的现有挑战和未来机遇。文章第一作者为清华大学王春雅博士。

该综述总结了应用于高性能柔性可穿戴电子器件的各种碳材料的结构设计和可控制备方面的最新进展。由于碳材料独特的优势（例如良好的导电性、高化学和热稳定性、可设计成各种柔性宏观形态、以及易于化学功能化），碳纳米管、石墨烯和其他碳材料已被广泛研究应用于柔性电子器件。除了贴于人体皮肤或集成到衣物的柔性可穿戴电子器件外，将功能性碳材料与生物相容性材料的结合，以探索其在可植入式柔性电子器件中的应用，或将成为碳材料在柔性电子领域另一重要的应用研究方向。作者相信，应用于构筑柔性电子器件的先进碳材料的设计、制备和相应加工技术的开发将会极大地促进下一代智能医疗系统的发展。

教育部正式公布2017年度“长江学者奖励计划”入选名单。清华大学共有23位教师入选，其中长江学者特聘教授7人，青年学者16人，入选人数居国内高校首位。清华大学化学系张莹莹入选2017年度青年学者“长江学者奖励计划”