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北京科技大學陶璐琪副教授和重慶大學王平教授課題組《Carbohyd. Polym.》：兼顧力電性能的自修復水凝膠

2022-07-20 來源：高分子科技

具有類似于皮膚的模量的導電水凝膠在健康監測和人機界面系統中蓬勃發展。然而，開發出具有高力電性能、高拉伸和長期穩定性的自修復水凝膠是當務之急。

PSSC 水凝膠的制備過程和性能。

北京科技大學陶璐琪副教授（通訊作者）與重慶大學王平教授（通訊作者）團隊利用氫鍵交聯策略來改善PVA 自修復水凝膠的力電行為。創新地將基于絲膠功能化的碳納米管(SS@CNTs)結合到凝膠系統中, 提高了其拉伸強度、伸長率、導電性和熱穩定性。通過在 PVA 基體中引入生物相容性的海藻酸鈉 (sodium alginate, SA ) 作為增強成分而構筑互穿網絡結構，從而提高了凝膠的機械強度和離子遷移能力。重要的是，引入的離子和電子傳輸的協同效應促進了凝膠的導電性，從而在傳感應用中具有高靈敏度 (4.75 (0-17%)) 和低檢測限 (0.5%) 的卓越檢測行為。PSSC 傳感器可以檢測大動作（膝關節屈曲）和細微行為（吞咽），而基于水凝膠的摩擦納米發電機 (PSSC-TENG) 可以確認數字簽名的真實性。這項研究推進了生物相容性聚合物水凝膠的開發及其在可穿戴健康監測中的自供電傳感潛力。該工作以 “Tunable mechanical, self-healing hydrogels driven by sodium alginate and modified carbon nanotubes for health monitoring”為題發表在《Carbohydrate Polymers》上，文章的第一作者是重慶大學博士研究生李穩。該研究得到國家自然科學基金委的支持。

PSSC水凝膠的傳感性能。

PS_0.2SC_0.14-TENG的工作原理和輸出性能。

該工作是團隊近期關于納米材料應用相關研究的最新進展之一。近年來，團隊對納米材料在各領域中的應用做了一系列的探索。陶璐琪副教授團隊設計了將濕度傳感器和石墨烯熱聲裝置集成的人機交互系統（HHMIS），可實時對呼吸信號進行檢測且對異常的呼吸信號進行實時預警(ACS Appl. Mater. Interfaces.2022, 14(10): 12606-12616)。同時,設計了具備加熱功能和NO₂氣體傳感功能的集成化器件，克服了NO₂在室溫下無法充分解吸附的問題，同時在NO₂濃度超標時加熱器還能切換成聲學預警裝置提醒人們撤離現場（Chem. Eng. J. 2022, 428, 131079）。借助激光誘導石墨烯的手段，提出了融合壓阻效應和熱聲效應的集成器件組裝策略，實現了在單個器件上同時實現了壓力傳感和聲音發出功能(Carbon 2022, 193, 68-76)。通過設計基于 SrCaGa₄O₈熒光粉的發光材料與激光誘導石墨烯加熱器的雙層結構，實現了多層加密解密及防偽功能（Adv. Funct. Mater. 2021, 31 (43), 2103255）。提出了具有良好機械性能和聲學性能的石墨烯電子皮膚，可以對心腦血管疾病和睡眠性呼吸暫停等疾病進行有效檢測和預警。（Adv. Funct. Mater. 2019, 29 (51), 1904706）通過激光誘導石墨烯技術，實現了單個設備進行聲音檢測和聲音發射的功能集成，在語音控制領域開辟了實際應用前景（Nat. Commun. 2017, 8 (1), 14579）。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119854

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（責任編輯：xu）

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