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北京科技大學(xué)陶璐琪副教授和重慶大學(xué)王平教授課題組《Carbohyd. Polym.》：兼顧力電性能的自修復(fù)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(dǎo)電水凝膠在健康監(jiān)測和人機界面系統(tǒng)中蓬勃發(fā)展。然而，開發(fā)出具有高力電性能、高拉伸和長期穩(wěn)定性的自修復(fù)水凝膠是當務(wù)之急。


PSSC 水凝膠的制備過程和性能。


  北京科技大學(xué)陶璐琪副教授（通訊作者）與重慶大學(xué)王平教授（通訊作者）團隊利用氫鍵交聯(lián)策略來改善PVA 自修復(fù)水凝膠的力電行為。創(chuàng)新地將基于絲膠功能化的碳納米管(SS@CNTs)結(jié)合到凝膠系統(tǒng)中, 提高了其拉伸強度、伸長率、導(dǎo)電性和熱穩(wěn)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(gòu)筑互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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?shù)膮f(xié)同效應(yīng)促進了凝膠的導(dǎo)電性，從而在傳感應(yīng)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(guān)節(jié)屈曲）和細微行為（吞咽），而基于水凝膠的摩擦納米發(fā)電機 (PSSC-TENG) 可以確認數(shù)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(fā)及其在可穿戴健康監(jiān)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(fā)表在《Carbohydrate Polymers》上，文章的第一作者是重慶大學(xué)博士研究生李穩(wěn)。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。


PSSC水凝膠的傳感性能。


PS0.2SC0.14-TENG的工作原理和輸出性能。


  該工作是團隊近期關(guān)于納米材料應(yīng)用相關(guān)研究的最新進展之一。近年來，團隊對納米材料在各領(lǐng)域中的應(yīng)用做了一系列的探索。陶璐琪副教授團隊設(shè)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(tǒng)（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(yù)警(ACS Appl. Mater. Interfaces.2022, 14(10): 12606-12616)。同時,設(shè)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(xué)預(yù)警裝置提醒人們撤離現(xiàn)場（Chem. Eng. J. 2022, 428, 131079）。借助激光誘導(dǎo)石墨烯的手段，提出了融合壓阻效應(yīng)和熱聲效應(yīng)的集成器件組裝策略，實現(xiàn)了在單個器件上同時實現(xiàn)了壓力傳感和聲音發(fā)出功能(Carbon 2022, 193, 68-76)。通過設(shè)計基于 SrCaGa4O8熒光粉的發(fā)光材料與激光誘導(dǎo)石墨烯加熱器的雙層結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)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(xué)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(yù)警。（Adv. Funct. Mater. 2019, 29 (51), 1904706）通過激光誘導(dǎo)石墨烯技術(shù)，實現(xiàn)了單個設(shè)備進行聲音檢測和聲音發(fā)射的功能集成，在語音控制領(lǐng)域開辟了實際應(yīng)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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