離子導(dǎo)電水凝膠在多功能傳感器的應(yīng)用前景引起了科學(xué)界的廣泛興趣。與傳統(tǒng)傳感器相比,水凝膠可以克服韌性和彈性方面等缺點(diǎn)。基于水凝膠的應(yīng)變傳感器在可拉伸性、柔韌性、粘性和可調(diào)節(jié)的彈性模量等方面具有一定的優(yōu)勢(shì),并且更容易附著在人體皮膚表面完成運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此,水凝膠適合作為可穿戴電子產(chǎn)品的核心材料。但目前的大多數(shù)材料很難兼具卓越的機(jī)械性能、高導(dǎo)電性、透明度、靈敏度、良好的自恢復(fù)疲勞特性以及其他多功能特性,因此,構(gòu)筑新型多功能離子導(dǎo)電水凝膠對(duì)可穿戴設(shè)備、人工智能、人機(jī)交互和 3D 打印等新興技術(shù)的應(yīng)用都具有重要的意義。
近日,湖北大學(xué)張玉紅教授課題組和武漢工程大學(xué)江學(xué)良教授基于前期工作基于配位鍵、氫鍵等相互作用構(gòu)建多功能水凝膠(Compos Part B-Eng 2022, 230: 109528; J Mater Chem C 2020,8: 2827; 2020, 8: 17349; Chem Eng J, 2020, 382: 122925; 2019, 361: 364; 2018,354:1185)的基礎(chǔ)上,提出采用一鍋法在紫外線照射下制備聚(丙烯酰胺-丙烯酸)/明膠/甘油-Al3+(PG1G2A)離子導(dǎo)電水凝膠。得到的PG1G2A離子導(dǎo)電水凝膠具有高抗拉強(qiáng)度(539.18 kPa),優(yōu)異的拉伸性能(1412.96%),良好的快速自恢復(fù)和抗疲勞性,高透明度(>80%),出色的保濕性和防凍性/干燥性能。此外,基于離子導(dǎo)電水凝膠的應(yīng)變傳感器還能對(duì)機(jī)械刺激做出響應(yīng)并產(chǎn)生準(zhǔn)確、穩(wěn)定且可回收的電信號(hào),具有出色的靈敏度(GF 5.81)。該PG1G2A水凝膠可用作柔性可穿戴設(shè)備,監(jiān)測(cè)人體不同部位在不同溫度下的多種應(yīng)變和細(xì)微運(yùn)動(dòng)。有趣的是,嵌入模具中的PG1G2A水凝膠電容筆可用于在手機(jī)或平板電腦的屏幕上書寫和繪畫。這種新型多功能離子導(dǎo)電水凝膠在電子皮膚、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和人機(jī)交互等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖 1:PG1G2A 離子有機(jī)水凝膠的合成示意圖
圖2:PG1G2A 水凝膠傳感器用于人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和電容筆
該研究以題為“Transparent, High Stretchable, Environmental Tolerance, and Excellent Sensitivity Hydrogel for Flexible Sensors and Capacitive Pens”的論文發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。碩士生肖彥雯和魯程程為論文共同第一作者,湖北大學(xué)張玉紅教授、陳朝霞副教授以及武漢工程大學(xué)的江學(xué)良教授為通訊作者。
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acsami.3c08949
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