湖北大學張玉紅課題組/武漢工程大學江學良 ACS AMI：具有高透明、可拉伸、環境耐受性和高靈敏度的水凝膠用于柔性傳感器和電容筆
2023-11-12 來源：高分子科技
離子導電水凝膠在多功能傳感器的應用前景引起了科學界的廣泛興趣。與傳統傳感器相比，水凝膠可以克服韌性和彈性方面等缺點。基于水凝膠的應變傳感器在可拉伸性、柔韌性、粘性和可調節的彈性模量等方面具有一定的優勢，并且更容易附著在人體皮膚表面完成運動實時監測。因此，水凝膠適合作為可穿戴電子產品的核心材料。但目前的大多數材料很難兼具卓越的機械性能、高導電性、透明度、靈敏度、良好的自恢復疲勞特性以及其他多功能特性，因此，構筑新型多功能離子導電水凝膠對可穿戴設備、人工智能、人機交互和 3D 打印等新興技術的應用都具有重要的意義。
近日，湖北大學張玉紅教授課題組和武漢工程大學江學良教授基于前期工作基于配位鍵、氫鍵等相互作用構建多功能水凝膠（Compos Part B-Eng 2022, 230: 109528; J Mater Chem C 2020,8: 2827; 2020, 8: 17349; Chem Eng J, 2020, 382: 122925; 2019, 361: 364; 2018,354:1185）的基礎上，提出采用一鍋法在紫外線照射下制備聚（丙烯酰胺-丙烯酸）/明膠/甘油-Al3+（PG1G2A）離子導電水凝膠。得到的PG1G2A離子導電水凝膠具有高抗拉強度（539.18 kPa），優異的拉伸性能（1412.96%），良好的快速自恢復和抗疲勞性，高透明度（>80%），出色的保濕性和防凍性/干燥性能。此外，基于離子導電水凝膠的應變傳感器還能對機械刺激做出響應并產生準確、穩定且可回收的電信號，具有出色的靈敏度（GF 5.81）。該PG1G2A水凝膠可用作柔性可穿戴設備，監測人體不同部位在不同溫度下的多種應變和細微運動。有趣的是，嵌入模具中的PG1G2A水凝膠電容筆可用于在手機或平板電腦的屏幕上書寫和繪畫。這種新型多功能離子導電水凝膠在電子皮膚、運動監測和人機交互等領域具有廣闊的應用前景。
圖 1：PG1G2A 離子有機水凝膠的合成示意圖
圖2：PG1G2A 水凝膠傳感器用于人體運動監測和電容筆
該研究以題為“Transparent, High Stretchable, Environmental Tolerance, and Excellent Sensitivity Hydrogel for Flexible Sensors and Capacitive Pens”的論文發表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。碩士生肖彥雯和魯程程為論文共同第一作者，湖北大學張玉紅教授、陳朝霞副教授以及武漢工程大學的江學良教授為通訊作者。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acsami.3c08949
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（責任編輯：xu）
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