近年來,可穿戴應變傳感器作為一種將應變轉換為電信號的電子器件,在人體運動監(jiān)測、健康管理和人機交互等領域得到廣泛關注。有機水凝膠纖維不僅具有傳統(tǒng)水凝膠柔軟、高彈、生物相容性好的優(yōu)點,同時具有在極端環(huán)境下穩(wěn)定運行的特點,在可穿戴應變傳感器領域展現(xiàn)出了一定的應用前景。然而,因有機水凝膠中離子均勻分布的特點,在小形變和低溫下具有不理想的傳感檢測性能,這極大地阻礙了其在實際中的應用。
圖1有機水凝膠纖維制備工藝示意圖、纖維成品展示
針對以上問題,近日,東華大學材料科學與工程學院、纖維材料改性國家重點實驗室廖耀祖/呂偉課題組在國際知名期刊Materials Horizons發(fā)表題為“Competitive proton-trapping strategy enhanced anti-freezing organohydrogel fibers for high-strain-sensitivity wearable sensors”的研究論文(DOI: 10.1039/D3MH00459G)。該研究設計了一種競爭性質子捕獲策略,通過簡單的一步凍融過程,采用苯胺四聚體(TANI,一類具有聚苯胺最短活性結構單元且溶液可加工的剛性低聚物)作為競爭性的質子捕獲劑,與柔性聚乙烯醇(PVA)物理交聯(lián),構筑了一類新型高性能可穿戴應變傳感器的防凍有機水凝膠纖維(PTOH)。得益于不均勻分布的電荷載流子、增加了的質子傳遞活化能和易斷裂的質子遷移路徑,所制備的PTOH纖維在-40℃下表現(xiàn)出優(yōu)異的傳感性能,在200-300%的應變下應變系數(shù)高達24.6。此外,TANI和PVA鏈之間氫鍵的存在賦予了PTOH高的拉伸強度(1.96 MPa)和韌性(8.0 MJ m-3)。因此,由PTOH纖維和針織紡織品制成的應變傳感器可以快速靈敏地監(jiān)測人體運動,證明了其作為可穿戴防凍各向異性應變傳感器的潛力。
原位鏈接:https://doi.org/10.1039/D3MH00459G
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