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北京林業(yè)大學(xué)楊俊 AFM：界面耦合性水凝膠熱阻傳感器用于連續(xù)溫度監(jiān)測(cè)
2023-04-28  來源：高分子科技


  近年來，可穿戴和便攜式電子產(chǎn)品的需求不斷增長(zhǎng)，熱響應(yīng)水凝膠材料得益于出色的柔韌性和溫度響應(yīng)性，克服了傳統(tǒng)剛性熱電偶難以滿足穿戴性的缺點(diǎn)，因而受到了廣泛研究關(guān)注。但是在任意起伏表面上嘗試進(jìn)行連續(xù)高保真溫度信號(hào)反饋依然是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，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(duì)上述問題，北京林業(yè)大學(xué)楊俊等人將多酚復(fù)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(zhì)中，實(shí)現(xiàn)了水凝膠粘附力與內(nèi)聚力的平衡，展現(xiàn)了出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和適形接觸能力，避免了與黏附基體之間力學(xué)失配和界面失效導(dǎo)致的不良熱信號(hào)采集。研究發(fā)現(xiàn)，該水凝膠具有出色的熱敏性(TCR = 1.43%°C - 1)，界面適應(yīng)性和環(huán)境穩(wěn)定性，同時(shí)具有較高的識(shí)別溫度分辨率(1°C)、耐外部力學(xué)沖擊 (錘擊200次，電流變化率＜9%)、對(duì)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(gòu)建了熱阻式表皮溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜形狀物體的界面適應(yīng)和動(dòng)態(tài)環(huán)境下的無縫耦合，能夠在任意曲率物體表面進(jìn)行連續(xù)溫度監(jiān)測(cè)。該工作為人-機(jī)界面材料和適形熱敏柔性電子的快速發(fā)展提供了新的研究?jī)?nèi)容，在可穿戴電子設(shè)備，智能機(jī)器人和以患者為中心的診斷中展現(xiàn)了潛在的應(yīng)用價(jià)值。 


圖1  在不同曲率基體表面適形貼合及其對(duì)溫度的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè) 


圖2  在運(yùn)動(dòng)及各種極端形變條件下保持穩(wěn)定的溫度監(jiān)測(cè)


  以上研究成果以“A Robust and Adhesive Hydrogel Enables Interfacial Coupling for Continuous Temperature Monitoring”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上，北京林業(yè)大學(xué)楊俊研究組博士生郝三偉和碩士生戴仁剛（已畢業(yè)，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(xiàng)研究獲得北京林業(yè)大學(xué)熱點(diǎn)追蹤項(xiàng)目和制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金支持。


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

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