柔性電子材料是柔性電子器件小型化、便攜化、智能化發展的基礎,在顯示、可穿戴設備、軟體機器人和人機對接設備等方面有著廣泛的應用前景。發展具有柔韌性,甚至可折疊或可拉伸的電子材料是值得研究的課題。導電高分子凝膠材料兼具柔性和導電性的特點,是柔性電子材料研究的重要方向之一。目前普遍研究的本征型導電高分子凝膠材料,如聚苯胺(PANI)凝膠、聚吡咯(PPy)凝膠、聚噻吩(PTh)凝膠,可以實現較高的電導率(0.11 S/cm)。但是,由于本征型導電高分子特殊的剛性共軛結構,使得材料的柔韌性受限。
針對上述問題,西安工業大學周宏偉教授研究小組和陜西科技大學劉漢斌副教授課題組提出拓撲共交聯雙重協同網絡構筑策略,發展了一種同時具有可拉伸性、溫敏性和導電性的多功能凝膠材料,可進一步用于應變傳感、人體運動檢測(如關節彎曲、吞咽、心跳)以及溫度警報體系。該凝膠材料第一重網絡由聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)溫敏高分子組成,交聯劑為含有可聚合雙鍵的兩親性嵌段共聚物Pluronic F127。第二重網絡由聚苯胺(PANI)導電高分子組成,植酸為摻雜劑和交聯劑。兩重網絡之間進一步通過分子鏈機械互鎖結合,形成“剛柔并濟”的結構。該凝膠材料具有良好的溫敏性、導電性、可拉伸性(290%)及較高的拉伸強度(42 kPa)。利用該凝膠構筑的應變傳感器表現出高靈敏度(GF=3.9)、較低的響應時間(400 ms)和良好的抗疲勞性能。通過將凝膠接入電路,可以構筑有效且可逆的溫度警報體系,實現電路保護。這項工作為多功能凝膠材料的構筑及應用提供了新的思路。
上述研究結果已以“Dually Synergetic Network Hydrogels with Integrated Mechanical Stretchability, Thermal Responsiveness, and Electrical Conductivity for Strain Sensors and Temperature Alertors”為題,在線發表于《ACS Applied Materials & Interfaces》上。
該工作得到國家自然科學基金、陜西省自然科學基礎研究計劃、陜西省“留學人員科技活動擇優資助項目”、陜西省青年人才托舉計劃的支持。
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