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北京林業大學楊俊 AFM：界面耦合性水凝膠熱阻傳感器用于連續溫度監測

2023-04-28 來源：高分子科技

近年來，可穿戴和便攜式電子產品的需求不斷增長，熱響應水凝膠材料得益于出色的柔韌性和溫度響應性，克服了傳統剛性熱電偶難以滿足穿戴性的缺點，因而受到了廣泛研究關注。但是在任意起伏表面上嘗試進行連續高保真溫度信號反饋依然是個巨大的挑戰，極度依賴具有高度界面耦合能力的材料來克服熱交換界面剝離失效的難題。

針對上述問題，北京林業大學楊俊等人將多酚復合物（單寧酸-納米纖維素）引入熱敏性聚(丙烯酰胺)/聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)/甘油-水凝膠基質中，實現了水凝膠粘附力與內聚力的平衡，展現了出色的結構穩定性和適形接觸能力，避免了與黏附基體之間力學失配和界面失效導致的不良熱信號采集。研究發現，該水凝膠具有出色的熱敏性(TCR = 1.43%°C ^{- 1})，界面適應性和環境穩定性，同時具有較高的識別溫度分辨率(1°C)、耐外部力學沖擊 (錘擊200次，電流變化率＜9%)、對不同曲率(球體、錐體和鞍形)基體表面的保形黏附性。通過整合銀電極層和凝膠功能層構建了熱阻式表皮溫度傳感器，實現了對復雜形狀物體的界面適應和動態環境下的無縫耦合，能夠在任意曲率物體表面進行連續溫度監測。該工作為人-機界面材料和適形熱敏柔性電子的快速發展提供了新的研究內容，在可穿戴電子設備，智能機器人和以患者為中心的診斷中展現了潛在的應用價值。

圖1 在不同曲率基體表面適形貼合及其對溫度的準確監測

圖2 在運動及各種極端形變條件下保持穩定的溫度監測

以上研究成果以“A Robust and Adhesive Hydrogel Enables Interfacial Coupling for Continuous Temperature Monitoring”為題發表在《Advanced Functional Materials》上，北京林業大學楊俊研究組博士生郝三偉和碩士生戴仁剛（已畢業，目前就職于華熙生物科技股份有限公司）等人共同參與完成，該項研究獲得北京林業大學熱點追蹤項目和制漿造紙工程國家重點實驗室開放基金支持。

原文鏈接： https://doi.org/10.1002/adfm.202302840

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（責任編輯：xu）

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