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鄭州大學(xué)申長雨院士、劉春太教授團(tuán)隊《Adv. Sci.》：表面改性的超枝化二氧化硅用于制備低遲滯超快響應(yīng)的柔性可穿戴應(yīng)變傳感器
2023-07-04  來源：高分子科技

  導(dǎo)電水凝膠在可穿戴傳感器、醫(yī)療監(jiān)控和電子皮膚等領(lǐng)域顯示出巨大的潛力。傳統(tǒng)的水凝膠力學(xué)性能弱，在拉伸過程中經(jīng)常破裂；這限制了它們的實際應(yīng)用。近年來，人們提出了幾種提高水凝膠機(jī)械強(qiáng)度的物理和化學(xué)方法。然而，引入雙網(wǎng)絡(luò)、無機(jī)復(fù)合材料和拓?fù)浣宦?lián)制備的高韌性水凝膠具有高遲滯性。如何制備同時兼顧高韌性和低滯后的導(dǎo)電水凝膠中仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。



  近日，鄭州大學(xué)申長雨院士、劉春太教授團(tuán)隊的楊佩佩博士和李松偉博士課題組提出了一種將3-(三甲氧基硅基)甲基丙烯酸丙酯接枝超枝化納米二氧化硅(TSASNs)與聚丙烯酰胺(PAM)進(jìn)行鏈纏結(jié)和界面化學(xué)鍵合的策略，以制備高斷裂韌性和低遲滯的水凝膠。水凝膠具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度(拉伸應(yīng)力為80-120 kPa，斷裂伸長率為900-1400%，滯后為7.96%，ε=500%)，并且能夠承受多次機(jī)械循環(huán)，具有快速的回彈性。添加LiCl使PAM-TSASN-LiCl水凝膠具有優(yōu)異的傳感性能(測量因子=4.5)，在寬應(yīng)變傳感范圍(1-800%)內(nèi)具有快速響應(yīng)(210 ms)。同時合成的離子導(dǎo)電水凝膠是透明的，并粘附在人體皮膚上。PAM-TSASN-LiCl水凝膠已被用于構(gòu)建高性能傳感器，可以快速穩(wěn)定地檢測不同類型的人體運(yùn)動。因此，該工作對柔性可穿戴傳感器領(lǐng)域有很大的貢獻(xiàn)，可以促進(jìn)其實際應(yīng)用。 


圖1. PAM-TSASN水凝膠的制備與表征 


圖2. 凍干后不同水凝膠和二氧化硅納米顆粒的SEM圖像 


圖3. PAM-TSASN的力學(xué)性能 


圖4. PAM-TSASN-LiCl水凝膠的制備和力學(xué)性能 


圖5. PAM-TSASN2-LiCl5水凝膠的粘附性能 


圖6. PAM-TSASN2-LiCl5水凝膠的拉伸傳感性能


圖7. PAM-TSASN2-LiCl5水凝膠的壓縮傳感性能


圖8. PAM-TSASN2-LiCl5水凝膠傳感器用于監(jiān)測不同的人體運(yùn)動


  相關(guān)成果以“Surface Modification of Super Arborized Silica for Flexible and Wearable Ultrafast-Response Strain Sensors with Low Hysteresis”為題發(fā)表在《Advanced Science》。文章第一作者是鄭州大學(xué)碩士研究生韓少偉，通訊作者為鄭州大學(xué)的楊佩佩博士和李松偉博士。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目的支持。


  全文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202301713

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