80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

搜索：  
江南大學(xué)陳明清/施冬健課題組 ACS AMI：類皮膚組織應(yīng)變硬化能力的圖案化水凝膠用于應(yīng)變傳感器
2023-10-15  來源：高分子科技

  近年來，人們一直致力于探索導(dǎo)電柔性材料的新興應(yīng)用，如電子皮膚、人機(jī)界面、軟機(jī)器人和可穿戴監(jiān)測設(shè)備等領(lǐng)域。值得注意的是，尤其對于表皮生物電子設(shè)備而言，電極和生物組織之間的界面要經(jīng)常遭受動態(tài)變形。然而，目前柔性材料的固有缺陷（如低拉伸性、高剛度和高滯后）使得其在生物組織-材料界面處產(chǎn)生嚴(yán)重的機(jī)械失配，從而對生物電子器件的監(jiān)測靈敏度產(chǎn)生不利影響。


  許多柔性傳感裝置要求軟材料易變形（低楊氏模量）和抗斷裂（高強(qiáng)度）。柔性材料具有的低楊氏模量可以最大限度地減少與目標(biāo)組織的機(jī)械失配，而高強(qiáng)度的材料可以有效防止大形變對器件的損傷以及材料的耐久性。通常情況下，低楊氏模量和高強(qiáng)度往往是材料設(shè)計中相互矛盾的要求。然而，皮膚具有應(yīng)變硬化力學(xué)行為使皮膚具有非同尋常的力學(xué)性能組合（兼具低的楊氏模量和高的力學(xué)強(qiáng)度），這歸因于皮膚的分級結(jié)構(gòu)，即由抵抗變形的剛性膠原纖維和確保彈性后坐力的交織彈性蛋白纖維組成。因此，通過模擬生物組織的分級結(jié)構(gòu)，在材料中分別構(gòu)筑具有顯著模量差異的柔性區(qū)域和剛性區(qū)域是賦予材料應(yīng)變硬化力學(xué)特性的一種有效策略。鑒于此，江南大學(xué)陳明清/施冬健教授課題組通過在軟水凝膠（PAAm）內(nèi)圖案化具有導(dǎo)電性的剛性區(qū)域(PAAc)，制備了一種兼具有應(yīng)變硬化力學(xué)性能和導(dǎo)電性的水凝膠。其中，柔性域由兩個互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（PAAm/PAAm）組成，剛性域由三個互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（PAAm/PAAc/PAAm）組成（圖1）。具有多級結(jié)構(gòu)水凝膠中的柔性域和剛性域分別模擬軟彈性纖維和剛性膠原纖維的作用，在外力作用下產(chǎn)生順序的力學(xué)響應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)變硬化力學(xué)特性。此外，通過有限元模擬分析表明，柔性域和剛性域中的應(yīng)力分布可以通過改變圖案的排列方式來轉(zhuǎn)換，從而有效提高圖案化水凝膠的力學(xué)性能，制備得到的水凝膠強(qiáng)度可以達(dá)到1.20MPa，同時保持低的楊氏模量31.0kPa。此外，將聚電解質(zhì)水凝膠聚丙烯酸（PAAc）圓形陣列引入聚丙烯酰胺（PAAm）水凝膠中，在保證導(dǎo)電性的同時也提高了水凝膠的傳感靈敏度。與均相導(dǎo)電水凝膠相比，圖案化水凝膠的電阻變化主要來自每個導(dǎo)電區(qū)域的變形。因此，每個圖案結(jié)構(gòu)域的電阻變化可以放大整體水凝膠中電阻變化，從而使得其高的傳感靈敏度，在應(yīng)變?yōu)?/span>100%時應(yīng)變系數(shù)（GF）為1.75。 


圖1.圖案化水凝膠的示意圖合成過程和結(jié)構(gòu) 


圖2.圖案化水凝膠的力學(xué)性能



圖3.（a）圖案化水凝膠中剛性陣列在0-400%應(yīng)變下變形的圖像；（b）在50%應(yīng)變下具有不同剛性域排列的圖案水凝膠其內(nèi)部應(yīng)力分布的有限元模擬結(jié)果；（c）通過有限元模擬拉伸過程中水凝膠內(nèi)部各個區(qū)域所承受的應(yīng)力數(shù)值。（d）支撐層、柔性域和剛性域相應(yīng)的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量 


圖4.基于圖案的水凝膠傳感器的傳感性能


  該研究工作最近以“Skin-Inspired Patterned Hydrogel with Strain-Stiffening Capability for Strain Sensors”為題發(fā)表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。論文第一作者為江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院博士生崔建兵，通訊作者為江南大學(xué)陳明清教授和施冬健教授。該工作得到國家自然科學(xué)基金和江蘇省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c12127

版權(quán)與免責(zé)聲明：中國聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章？锘蛎襟w如需轉(zhuǎn)載，請聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。
（責(zé)任編輯：xu）
【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】

誠邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞