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齊魯工業大學劉溫霞教授團隊 CEJ：超拉伸、可修復和高靈敏度的黃原膠原位還原納米銀水凝膠，適用于寬溫度柔性傳感

2023-07-03 來源：高分子科技

導電水凝膠由于其導電性、高精度的信息采集、生物相容性以及延展性，已成為柔性可穿戴傳感器的優秀候選材料。然而，柔性可穿戴傳感器在使用中不可避免的會遇到各種實際問題，如：環境溫度的耐受性、高含水量環境下的細菌滋生、信號檢測靈敏度低、損傷不可逆以及機械性能的穩定性等問題。導電水凝膠功能的單一性以及損壞不可逆性阻礙了其在柔性可穿戴傳感器中的實際應用。

針對上述問題，齊魯工業大學于得海、劉溫霞團隊設計了一種溶劑置換法制備的疏水締合/動態配位網絡雙網絡水凝膠，能夠在短時間內快速凝膠化。大量動態氫鍵和配位鍵協同疏水締合網絡賦予了水凝膠優異的機械性能（斷裂伸長率~4900%，斷裂強度~506 kPa）和更好的自愈合能力。通過溶劑置換，水凝膠具有寬溫度耐受性（-20-60℃）和穩定的電信號傳感可重復性。傳感器還可用于以快速響應時間（75 ms）靈敏的（GF=22.34）無線監測人體信號。同時，可穿戴傳感器的抑菌性能可以很好的避免高含水量的水凝膠滋生細菌（抑菌率99.9%）。這一系列研究工作揭示了基于可自愈、抑菌、高靈敏度、寬耐受溫度的穩定柔性可穿戴傳感器的制作，在可穿戴電子器件、無線監測、人機交互等方面顯示出巨大應用潛力。

圖1. PXAg-GL離子凝膠的合成路線和性質應用示意圖

圖2. PXAg-GL水凝膠的凝膠化過程和力學性能優化。

圖3. PX_0.2Ag₁-GL水凝膠的機械柔韌性。

圖4. 防凍和防干燥性能。

圖5. PX_0.2Ag₁-GL水凝膠在不同應變和溫度條件下的傳感行為。

圖6. 傳感器外界信號檢測、無線傳輸和遠程監控功能。

在這項工作中，通過溶劑置換法將甘油-水二元溶劑引入疏水締合/動態配位雙網絡水凝膠中，制備了一種耐溫、抗菌、可自愈、導電、超強拉伸的多功能柔性可穿戴傳感器。作為柔性可穿戴傳感器，其抑菌特性可以避免在人體皮膚表面使用時的細菌侵染，并且可以實時無線監測人體的多種生理活動。本研究揭示了柔性可穿戴多功能表皮傳感器的制造，基于它優越的綜合性能，在電子皮膚、無線監測、人機交互等方面顯示出巨大應用潛力。相關工作成果以《Ultrastretchable, repairable and highly sensitive xanthan collagen nanosilver hydrogel for wide temperature flexible sensing》發表在Chemical Engineering Journal上，齊魯工業大學碩士研究生董寶亭為第一作者，齊魯工業大學于得海副教授為通訊作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144385

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（責任編輯：xu）

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