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研究作者与机构
本研究由Shuang Nie、Min Cai、Huang Yang、Liyin Shen、Suhao Wang、Yang Zhu和Jizhou Song共同完成。研究团队分别来自浙江大学第一附属医院康复医学科、浙江大学工程力学系软物质研究中心、浙江大学高分子科学与工程系、以及浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室。该研究于2022年发表在期刊《npj Flexible Electronics》上，论文标题为“Soft, stretchable thermal protective substrates for wearable electronics”。

学术背景
可穿戴电子设备因其在医疗应用中的巨大潜力而受到广泛关注，例如健康监测、伤口管理和药物释放等。然而，设备运行过程中产生的热量可能导致皮肤不适甚至损伤。目前常用的软聚合物基材（如聚二甲基硅氧烷，PDMS）热绝缘性能较差，因此开发具有优异热绝缘性能、机械柔性和拉伸性的基材成为迫切需求。本研究旨在设计一种软、可拉伸的热保护基材，用于可穿戴电子设备的热管理，以减少皮肤温度升高并提供舒适的使用体验。

研究流程
研究分为以下几个步骤：
1. 基材设计与制备
研究团队提出了一种复合设计，将广泛使用的聚合物材料PDMS与嵌入的吸热微球结合。这些微球由相变材料（n-二十烷）封装在树脂壳中制成。通过搅拌、成型和烘烤工艺，制备了热保护基材（TPS）。微球的直径为30微米，质量比从0%到80%不等。
2. 机械性能测试
通过实验研究了TPS的弹性模量和最大拉伸应变。测试在不同温度（20°C、50°C和100°C）下进行，结果表明，随着吸热微球质量比的增加，TPS的弹性模量显著降低，最大拉伸应变略有增加。
3. 热性能测试
使用同步热分析仪测量了TPS的热导率和比热容。结果表明，在相变温度（约37°C）前后，TPS的热导率表现出不同的变化趋势。相变材料的加入显著提高了TPS的热绝缘性能。
4. 热保护性能验证
研究团队开发了一种可穿戴电子设备，以加热器为热源，测试了TPS的热保护效果。通过实验和有限元分析（FEA）验证了TPS在减少皮肤温度升高方面的显著效果。结果显示，TPS可将峰值皮肤温度升高减少82%以上。
5. 体内实验
在小鼠皮肤上进行了体内实验，验证了TPS在实际应用中的热保护能力。实验结果表明，使用TPS的组别皮肤温度显著低于使用PDMS基材的组别，且皮肤损伤面积明显减少。

主要结果
1. 机械性能
TPS的弹性模量随吸热微球质量比的增加而显著降低，最大拉伸应变略有增加。在80%质量比下，TPS的弹性模量从1.56 MPa降至0.023 MPa，最大拉伸应变从194.3%增加到226.1%。
2. 热性能
TPS的热导率在相变前后表现出不同的变化趋势。在相变温度以下，热导率随微球质量比的增加而增加；在相变温度以上，热导率随微球质量比的增加而降低。
3. 热保护性能
TPS在可穿戴电子设备中的应用显著减少了皮肤温度升高。在80%质量比下，TPS将峰值皮肤温度升高减少了82%。
4. 体内实验结果
小鼠实验表明，使用TPS的组别皮肤温度显著低于使用PDMS基材的组别，且皮肤损伤面积明显减少。

结论
本研究成功开发了一种软、可拉伸的热保护基材，具有优异的热绝缘性能、机械柔性和拉伸性。通过复合设计和相变材料的应用，TPS显著减少了可穿戴电子设备运行过程中皮肤温度的升高。体内实验进一步验证了其在实际应用中的热保护能力。该研究为可穿戴电子设备的热管理提供了新的解决方案，具有重要的科学价值和应用前景。

研究亮点
1. 创新设计
通过将PDMS与吸热微球结合，提出了一种新型复合设计，克服了传统相变材料基材的固液泄漏问题。
2. 优异性能
TPS具有显著的热绝缘性能、机械柔性和拉伸性，适用于复杂的变形环境。
3. 实际应用验证
通过体内实验验证了TPS在实际应用中的热保护能力，为其在可穿戴电子设备中的应用提供了有力支持。

其他有价值的内容
研究团队还探讨了TPS的制造工艺，包括搅拌、成型和烘烤等步骤，并提出了通过旋涂法制备薄膜的潜在应用。此外，研究还指出TPS在透明基材应用中的局限性，为未来的改进提供了方向。

以上是对该研究的全面介绍，涵盖了研究背景、流程、结果、结论及其科学价值和应用前景。