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太原理工大學張虎林教授團隊《Compos. Sci. Technol.》：高適應性的熱電水凝膠無源盲文傳輸接口

2023-05-13 來源：高分子科技

在信息時代，人們生活改善和社會進步越來越依賴于廣泛使用的電子設備。對于視障人士來說，電子設備用作身體功能的補償意義重大，使他們能夠更容易地獲取信息和交流。其中人機交互在盲文信息交流方面取得了很大的進步，實現了視障人士、正常人和輔助設備之間的交互。

圖1. 語音盲文傳輸接口的設計

近期，太原理工大學信息與計算機學院張虎林教授團隊以Sn²⁺/Sn⁴⁺為氧化還原電對，以NaCl為額外的電解質，制造了一種熱電有機水凝膠電解質（OHE），它顯示出良好的機械和熱電性能，塞貝克系數可達-1.62 mV/K。由于水和DMSO之間存在強氫鍵，OHE表現出抗凍、耐干燥的特性并具有較寬的工作溫度范圍（-20到60 ℃），因此在惡劣的環境中也能保持穩定的機械性能和熱電輸出性能。鑒于水凝膠良好的綜合性能，OHE被集成為3×2的自供電盲文傳輸接口，它可以輕松地將有規律的手指觸摸轉化為視覺文本和聽覺反饋，實現了自供電實時盲文傳輸和讀出。將OHE應用于語音盲文傳輸接口的策略揭示了熱電轉換在信息傳輸和人機交互中的巨大可能性。該工作以“A self-powered thermogalvanic organohydrogel-based touch-to-speech Braille transmission interface with temperature resistance and stretchability”為題發表在《Composites Science and Technology》上（Composites Science and Technology 2023，239，110077），IF=9.8。文章第一作者是太原理工大學碩士研究生李寧，通訊作者為張虎林教授和張益霞副教授，該研究得到山西省自然科學基金和山西省科技合作與交流專項的支持。

圖2. 水凝膠力學性能表征

圖3. 水凝膠綜合熱電性能表征

圖4. OHE用于自供電盲文傳輸的應用展示

該成果是張虎林教授團隊關于凝膠熱電器件研究的最新進展之一，這項工作構想了基于熱電效應的熱電轉換技術在信息傳輸和人機交互中的廣闊前景。在過去的兩年中，團隊制備了一系列基于不同聚合物網絡和熱電氧化還原對的熱電凝膠器件，并致力于開拓凝膠熱電器件的應用場景。取得了一系列的研究成果，具體詳見：新型氧化還原對SO_4/3²^- 的熱電水凝膠(Nano Energy. 2023, 106, 108077)，用于熱管理和熱回收的無水熱電凝膠(ACS Appl. Polym. Mater. 2023, 10.1021/acsapm.3c00481)，基于深度學習算法的嬰兒智能監護系統(Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2204803)，太陽能熱能收集器件(Nano Energy. 2022, 100, 107449，Sens. Actuat. A-Phys, 2023, 354, 114305)，無源呼吸、體溫等體征監測策略(ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022, 14, 48743，ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021,13, 37306，J. Mater. Chem. C, 2022, 10, 13789，Nano Research, 2023, 10.1007/s12274-023-5621-2)等。

作者簡介：張虎林，太原理工大學教授、博士生導師、學術委員會委員，山西省青年拔尖人才、三晉英才-拔尖骨干人才、山西省高校科技功勛，山西省青年科技工作者協會理事、中國青年科技工作者協會理事、四川省杰出青年基金獲得者。2014年博士畢業于重慶大學，2012年8月到2014年1月赴美國佐治亞理工學院聯合培養，2017年在香港理工大學訪學1年。研究領域為微納能源收集與無源傳感。目前，已在Adv. Mater.、Nano Lett.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy等國際一流學術刊物上發表SCI論文100余篇，其中第一/通訊作者45篇（22篇IF>10），論文被引用6500余次，h因子為39，申請美國專利4項、中國專利9項（已授權5項），所做的工作曾被CNN、BBC、NanoWerk、科學網、太原日報等報道，研究成果獲評2019年山西省自然科學二等獎（排名第1）、JMCC Emerging Investigators-2022。主持國家自然科學基金青年項目、山西省自然科學基金、四川省杰出青年基金、國家重點研發計劃子課題等，另參與多項國家級課題。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110077

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（責任編輯：xu）

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