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安徽理工大學張曉勇團隊 CEJ：NIR觸發的機械性能原位調變水凝膠用于開發智能傳感器件

2024-12-17 來源：高分子科技

近年來，光響應性水凝膠因其在多領域中的廣泛應用前景而受到極大關注。光驅動的水凝膠材料因其具有可調的機械性能、形變能力和自修復功能，廣泛應用于智能機器人、可穿戴設備、電子傳感器等領域。然而，現有的光響應水凝膠系統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，此外大多數此類材料是離子或熱觸發，這限制了它們的廣泛應用。因此如何簡便且高效地制備出兼具多種優異性能的光響應水凝膠，仍然是該領域亟待解決的難題。

圖1 PBD水凝膠的制備方法和結構特點

近期，安徽理工大學材料科學與工程學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態共價鍵中汲取靈感，成功開發出一種近紅外光（NIR）觸發的機械性能原位可調型粘附水凝膠（PBD gel），用于制造可穿戴應變傳感器。這種水凝膠采用了以兒茶酚為基礎的高效粘附單元和熱響應硼酸酯作為物理交聯點，結合共價鍵的剛性和動態特性的柔性，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，水凝膠的粘附性和機械性能能夠根據需求進行精準重構。此外，PBD gel可以在室溫下實現剛性與彈性之間的切換，使其在多維度結構上具有優異的適應性。這種特性使得PBD gel特別適用于可穿戴運動傳感器、智能機器人抓取裝置等應用場景，并且能夠在組裝成電子設備后通過莫爾斯電碼實現信息傳遞和手語識別。這項工作促進了研究人員對聚合物分子鏈聚集狀態對水凝膠基柔性器件多場景應用的理解，而且通過該技術的應用，未來的可穿戴設備、智能機器人和電子傳感器等領域將迎來更加精準、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”為題發表在《Chemical Engineering Journal》上。該研究工作得到了安徽省高等學校科學研究重點項目、安徽理工大學青年基金項目、安徽理工大學醫學專項H2項目、安徽理工大學引進人才科研啟動基金，安徽理工大學青年科技基金項目的支持。

圖2 PBD水凝膠的結構和機械性能結構表征

圖3 PBD水凝膠的粘接性能

圖4 PBD水凝膠的機械性能

圖5 PBD水凝膠的傳感性能和計數功能

該工作是張曉勇團隊近期關于水凝膠粘接性能調控和提高傳感穩定性&功能性相關研究的最近進展之一。此外，水凝膠機械性能的原位可調和多場景粘接調控一直是該團隊的重要方向研究之一。近幾年，該團隊目前已在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.等期刊上發表了相關研究論文。接下來，團隊將對水凝膠材料在柔性器件和智能功能實現上繼續更深入的探索和研究，歡迎關注。

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

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（責任編輯：xu）

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