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安徽理工大學(xué)張曉勇團(tuán)隊(duì) CEJ：NIR觸發(fā)的機(jī)械性能原位調(diào)變水凝膠用于開發(fā)智能傳感器件
2024-12-17  來源：高分子科技

  近年來，光響應(yīng)性水凝膠因其在多領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用前景而受到極大關(guān)注。光驅(qū)動(dòng)的水凝膠材料因其具有可調(diào)的機(jī)械性能、形變能力和自修復(fù)功能，廣泛應(yīng)用于智能機(jī)器人、可穿戴設(shè)備、電子傳感器等領(lǐng)域。然而，現(xiàn)有的光響應(yīng)水凝膠系統(tǒng)在制造工藝和多功能性的兼容性方面依然面臨著諸多挑戰(zhàn)，此外大多數(shù)此類材料是離子或熱觸發(fā)，這限制了它們的廣泛應(yīng)用。因此如何簡便且高效地制備出兼具多種優(yōu)異性能的光響應(yīng)水凝膠，仍然是該領(lǐng)域亟待解決的難題。


圖1 PBD水凝膠的制備方法和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)


  近期，安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張曉勇課題組從自然界的貽貝粘附蛋白和基于硼酸酯的動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵中汲取靈感，成功開發(fā)出一種近紅外光（NIR）觸發(fā)的機(jī)械性能原位可調(diào)型粘附水凝膠（PBD gel），用于制造可穿戴應(yīng)變傳感器。這種水凝膠采用了以兒茶酚為基礎(chǔ)的高效粘附單元和熱響應(yīng)硼酸酯作為物理交聯(lián)點(diǎn)，結(jié)合共價(jià)鍵的剛性和動(dòng)態(tài)特性的柔性，能夠快速且可逆地在剛性與彈性之間切換。通過兒茶酚-B(OH)4?配位反應(yīng)，水凝膠的粘附性和機(jī)械性能能夠根據(jù)需求進(jìn)行精準(zhǔn)重構(gòu)。此外，PBD gel可以在室溫下實(shí)現(xiàn)剛性與彈性之間的切換，使其在多維度結(jié)構(gòu)上具有優(yōu)異的適應(yīng)性。這種特性使得PBD gel特別適用于可穿戴運(yùn)動(dòng)傳感器、智能機(jī)器人抓取裝置等應(yīng)用場景，并且能夠在組裝成電子設(shè)備后通過莫爾斯電碼實(shí)現(xiàn)信息傳遞和手語識(shí)別。這項(xiàng)工作促進(jìn)了研究人員對聚合物分子鏈聚集狀態(tài)對水凝膠基柔性器件多場景應(yīng)用的理解，而且通過該技術(shù)的應(yīng)用，未來的可穿戴設(shè)備、智能機(jī)器人和電子傳感器等領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀泳珳?zhǔn)、靈活的功能性提升。該工作以“NIR Light-triggered Mechanically Mutable Mussel-inspired Hydrogels for Developing Smart Wearable Sensing”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。該研究工作得到了安徽省高等學(xué)？茖W(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目、安徽理工大學(xué)青年基金項(xiàng)目、安徽理工大學(xué)醫(yī)學(xué)專項(xiàng)H2項(xiàng)目、安徽理工大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金，安徽理工大學(xué)青年科技基金項(xiàng)目的支持。


圖2 PBD水凝膠的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能結(jié)構(gòu)表征


圖3 PBD水凝膠的粘接性能


圖4 PBD水凝膠的機(jī)械性能


圖5 PBD水凝膠的傳感性能和計(jì)數(shù)功能


  該工作是張曉勇團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于水凝膠粘接性能調(diào)控和提高傳感穩(wěn)定性&功能性相關(guān)研究的最近進(jìn)展之一。此外，水凝膠機(jī)械性能的原位可調(diào)和多場景粘接調(diào)控一直是該團(tuán)隊(duì)的重要方向研究之一。近幾年，該團(tuán)隊(duì)目前已在Mater. Horiz. 2024. 11. 835-846, Chem. Eng. J. 2024, 495, 153385, Chem. Eng. J. 2023, 468, 143734, ACS Appl. Mater. & Inter. 2024, 16, 62776–62787, ACS Appl. Mater. & Inter. 2023, 15, 50400–50412, ACS Appl. Mater. & Inter. 2022, 14, 30256-30267, J. Colloid Interf. Sci. 2021, 585, 420-432.等期刊上發(fā)表了相關(guān)研究論文。接下來，團(tuán)隊(duì)將對水凝膠材料在柔性器件和智能功能實(shí)現(xiàn)上繼續(xù)更深入的探索和研究，歡迎關(guān)注。


  全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724100940?via%3Dihub

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