不列顛哥倫比亞大學(xué)姜鋒團(tuán)隊(duì)《Nano Energy》：納米纖維素界面修飾液態(tài)金屬制備高拉伸高靈敏瞬態(tài)凝膠傳感器
2022-05-17 來源：高分子科技
關(guān)鍵詞：纖維素 納米纖維、導(dǎo)電水凝膠、液態(tài)金屬、面部工程、瞬態(tài)電子
由于具備多功能的特性，利用導(dǎo)電水凝膠制備下一代可穿戴柔性電子器件吸引了人們的廣泛關(guān)注。然而，制備具有全方面優(yōu)異性能（包括機(jī)械耐久性、電信號(hào)靈敏度、環(huán)境穩(wěn)定性、以及使用后可自行降解）的水凝膠仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
圖1 (a) CNF包覆的LMNPs PAA水凝膠的概念設(shè)計(jì)和制備過程示意圖；(b) LMNPs在0.1wt% TO-CNFs中的膠體分散穩(wěn)定性（（超聲處理后立即和24小時(shí)后）；(c) TEM圖像顯示TO-CNFs層包裹在LMNPs上（超聲處理40分鐘）
圖2 (a) 數(shù)字圖像顯示PAA-CNF-LMNPs (4 wt%)水凝膠的抗拉伸、抗戳，以及抗壓縮性能；(b) 拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線; (c) 不同LMNPs含量的PAA-CNF-LMNPs水凝膠的應(yīng)力和楊氏模量以及 (d) 應(yīng)變和韌性值。(e) 不同導(dǎo)電水凝膠的應(yīng)力和應(yīng)變值的Ashby圖，包括含有CNT的水凝膠，含有 MXene的水凝膠，和含有LMs的水凝膠；（f）不同LMNPs含量的PAA-CNF-LMNPs水凝膠的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
圖3 PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝膠的抗疲勞和抗裂特性。(a)加載-卸載拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線和(b)不同應(yīng)變下的相應(yīng)耗散能量（不同樣品）；(c)加載-卸載循環(huán)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線和(d)保持不同時(shí)間間隔后500%應(yīng)變下的相應(yīng)耗散能量；(e)加載-卸載循環(huán)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線和(f)500%應(yīng)變下10循環(huán)的相應(yīng)耗散能量。(g)顯示拉伸的照片和(h)水凝膠的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；(i)示意圖顯示傳統(tǒng)水凝膠的裂紋水平傳播（左）和PAA-CNF-LMNPs水凝膠由于物理連接的動(dòng)態(tài)斷裂而產(chǎn)生的抗裂性（右）。
圖4. PAA-CNF-LMNPs水凝膠在不同溶劑下的電導(dǎo)率。(a) 不同LMNP含量的PAA-CNF-LMNPs水凝膠的電導(dǎo)率，插圖是相應(yīng)水凝膠的EIS光譜。(b) 用乙二醇（EG）和二甲亞砜（DMSO）溶劑置換后的PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝膠和有機(jī)水凝膠的電導(dǎo)率，插圖是相應(yīng)的有機(jī)/水凝膠的EIS光譜；(c) 數(shù)字圖像顯示含EG的有機(jī)水凝膠在-22℃的抗凍性。
圖5 (a) PAA-CNF-LMNPs (4 wt%)水凝膠的電學(xué)自愈行為；(b) 水凝膠自愈過程中的實(shí)時(shí)電阻(c)水凝膠自愈0.5、1和3小時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
圖6 PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝膠的傳感敏感性。(a) 不同拉伸應(yīng)變下水凝膠的相對(duì)電阻變化；(b)相對(duì)電阻隨著拉伸應(yīng)變的變化；(c) 水凝膠的拉伸靈敏系數(shù)隨著應(yīng)變的變化；(d) 不同導(dǎo)電水凝膠的應(yīng)變和靈敏系數(shù)的Ashby圖，包括含有CNT的水凝膠，含有MXene的水凝膠，和含有LMs的水凝膠。(e) 在100%的拉伸應(yīng)變下，循環(huán)拉伸-釋放測(cè)試下的相對(duì)電阻變化；(f) 在不同壓力下水凝膠的相對(duì)電阻變化和壓力敏感系數(shù)。
圖7 PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝膠的實(shí)際應(yīng)用。(a) 典型的基于水凝膠的傳感器檢測(cè)不同角度的手指彎曲；(b) 典型的基于水凝膠的傳感器模仿手指識(shí)別不同材料的質(zhì)地；(c) 使用PAA-CNF-LMNPs水凝膠作為可拉伸電纜的音頻傳輸系統(tǒng)示意圖；(d) 在水凝膠的原始和拉伸狀態(tài)下收集的音頻信號(hào)。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522004529?dgcid=author
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