Self-stratified stretchable passive cooling interface for thermal management of on-skin electronics

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作者
Jiahao Sun,Mingzi Liu,Cancheng Jiang,Qingqiao Cai,Rong Cai,Jiahui Li,Yawen Xiao,Qingyi Xian,Xiaonan Sun,Lelun Jiang,Cheng Li,Chi Yan Tso,Xinge Yu,Yingying Zhou,Zehua Peng,Jiyu Li
出处
期刊:Soft science [OAE Publishing Inc.]
卷期号:6 (2) 被引量:1
标识
DOI:10.20517/ss.2026.33
摘要

Heat accumulation from Joule heating and solar irradiation severely challenges thermal safety and signal stability of long-term, outdoor on-skin electronics and human-machine interfaces. Here, we develop a self-stratified stretchable passive cooling interface (SPCI) that implements a synergistic internal-dissipation and external-blocking strategy by inducing gradient stratification via the density mismatch between Al2O3 microparticles and liquid metal (LM) within the elastomer. This mismatch triggers spontaneous self-stratification upon curing, yielding a multi-layer composite that features an Al2O3-enriched top layer for high solar reflectance (92.6%) and an LM-network-enriched bottom layer for efficient heat dissipation (thermal conductivity ≈ 1.5 W·m-1·K-1), while retaining soft mechanics (elastic modulus ≈ 0.082 MPa) and high stretchability (> 800% elongation). The SPCI exhibits excellent cooling performance in serpentine circuits at 200 mW, reducing peak temperature by up to 8.4 °C indoors and 12 °C outdoors under solar exposure, while maintaining effective cooling under tension. When integrated into a wireless skin-interfaced photoplethysmography platform for heart-rate monitoring, it lowers the maximum surface temperature by 8.6 °C during outdoor operation, enabling superior preservation of pulse-wave features compared with conventional elastomer encapsulation. This work establishes a scalable, mechanically compliant encapsulation interface for simultaneously mitigating internal and external thermal loads in wearable electronics and human-machine interfaces.
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