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南大李承輝/深大黃龍彪、鐘愛華《Nano Energy》：可在多種極端環(huán)境下自修復(fù)的柔性自供能傳感器
2024-01-09  來源：高分子科技

  近日，深圳大學(xué)黃龍彪和鐘愛華與南京大學(xué)李承輝課題組合作報道了能夠在多種環(huán)境下自修復(fù)的柔性自供能傳感器并用于電子皮膚。無論是處于室溫常規(guī)條件，或是在高、低溫環(huán)境，甚至浸沒于水、鹽溶液、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑溶液中，受到機(jī)械損傷的自供能傳感器均能完成自修復(fù)，并恢復(fù)其電輸出性能（Nano Energy, 2023, 109239）。


  隨著電子皮膚（E-skin）和通信技術(shù)的進(jìn)步，傳感器在極端環(huán)境中的適用性面臨著巨大挑戰(zhàn)。雖然已有各種傳感器的報道，但在多種極端環(huán)境下，傳感器保持自修復(fù)能力且在沒有外部電源的情況下保持電輸出性能仍然是亟待解決的關(guān)鍵問題。在該研究中，設(shè)計制備了用于電子皮膚的柔性、自修復(fù)和耐受惡劣環(huán)境的自供能傳感器，其自修復(fù)能力在多種極端環(huán)境中幾乎不受影響，例如水下、鹽溶液、氧化性、酸和堿條件，以及低溫和高溫環(huán)境。自供能傳感器由自修復(fù)聚脲（SH-PUrea）和銀納米線（AgNWs）組成。由于在 SH-PUrea 的分子結(jié)構(gòu)中引入了不易受環(huán)境影響的物理纏結(jié)作用，因此自供能傳感器具有優(yōu)異的自修復(fù)性能，無論在常規(guī)環(huán)境使用或遭受極端環(huán)境后，輸出信號都不會降低。自供能傳感器設(shè)計成 3 × 3 像素陣列結(jié)構(gòu)，作為電子皮膚能夠適應(yīng)汗液和水下環(huán)境。通過分析傳感器陣列的電信號，可以實現(xiàn)壓力位置檢測和水下通信。這項工作為增強(qiáng)柔性設(shè)備的極端環(huán)境耐受性和耐用性提供了一種新策略。
 

圖1 傳感器的設(shè)計和材料的自修復(fù)性能 


圖2 摩擦電式傳感器的電輸出性能 


圖3 自供能傳感器在多種極端環(huán)境下修復(fù)后的電輸出性能 


圖4 自供能傳感器面向耐汗液和水下通信的電子皮膚應(yīng)用


  以上工作以“Self-powered sensors for flexible electronic skins capable of self-healing under multiple extreme environments”為題發(fā)表在Nano Energy（2023, 109239）上。論文第一作者為深圳大學(xué)博士后戴杏怡，共同作者為深圳大學(xué)研究生梁啟華，通訊作者為南京大學(xué)李承輝教授、深圳大學(xué)鐘愛華副教授和黃龍彪教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金項目（51973119/22271139）、中國博士后科學(xué)基金（2022M712160）、廣東省自然科學(xué)基金（2019B1515120042）和深圳市低碳建筑材料與技術(shù)重點實驗室（ZDSYS20220606100406016）資的支持。


  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285523010765

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