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陜科大王學川/劉新華 CEJ：用于柔性自供電可穿戴傳感器的耐環境多功能離子導電共晶水凝膠

2023-03-14 來源：高分子科技

近日，陜西科技大學生物質與功能材料研究所王學川、劉新華等人報道了一種基于一次電池結構設計的柔性自供電可穿戴傳感器，相關研究成果發表于國際知名期刊Chemical Engineering Journal上。

近年來，柔性可穿戴傳感器在運動監測、醫療康復和軟體機器人等領域具有潛在的應用前景。導電水凝膠以其優異的柔韌性和靈敏的檢測性被認為是柔性可穿戴傳感器的理想候選材料之一。然而，導電水凝膠在寒冷氣候下容易凍結，在室溫下隨著時間的推移而逐漸變干，并且嚴重依賴于外部電源，這些缺陷的存在嚴重影響了導電水凝膠傳感器的進一步發展。

為了解決這些問題，該研究通過功能單體在天然高分子網絡結構中的原位聚合與溶劑交換的策略，制備了一系列抗凍、抗脫水、強拉伸和高透明度的離子導電共晶水凝膠（GAAAD）。即使在-20℃冷凍后在48小時，該水凝膠仍可用于人體睡眠監測。接著基于一次電池的結構，設計了一種柔性自供電傳感器（GAAADB），該傳感器在寒冷條件下表現出穩定的開路電壓以及對施加刺激的靈敏響應。此外，利用濕度調節電極之間的電位差的傳感機制，該傳感器還可用于人體呼吸監測。

圖1. GAAADB制備及應用示意圖

圖2. 水凝膠在人體活動監測中的應用

圖3. GAAADB的自供電傳感性能

圖4. GAAADB作為濕度傳感器的機理、響應和應用

相關成果以“Environment-tolerant versatile ion-conductive eutectic hydrogels for self-powered wearable flexible sensors”為題發表在Chemical Engineering Journal（DOI: 10.1016/j.cej.2023.142349）上。陜西科技大學博士研究生鄒曉亮為本論文的第一作者，通訊作者為陜西科技大學王學川教授和劉新華副教授。感謝國家自然科學基金（21804084、22278257），陜西省重點研發計劃項目（2022GY‐272），陜西省教育廳重點項目（22JY013），教育部“藍火計劃”（惠州）產學研聯合創新資金項目（CXZJHZ201801）和中國博士后基金項目（2021M692000）對本工作的大力支持！

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472301080X

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（責任編輯：xu）

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