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齊魯工業(yè)大學(xué)劉溫霞教授團(tuán)隊(duì) CEJ：超拉伸、可修復(fù)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(lái)源：高分子科技

導(dǎo)電水凝膠由于其導(dǎo)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(yōu)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(huì)遇到各種實(shí)際問(wèn)題，如：環(huán)境溫度的耐受性、高含水量環(huán)境下的細(xì)菌滋生、信號(hào)檢測(cè)靈敏度低、損傷不可逆以及機(jī)械性能的穩(wěn)定性等問(wèn)題。導(dǎo)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(shí)際應(yīng)用。

針對(duì)上述問(wèn)題，齊魯工業(yè)大學(xué)于得海、劉溫霞團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種溶劑置換法制備的疏水締合/動(dòng)態(tài)配位網(wǎng)絡(luò)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，能夠在短時(shí)間內(nèi)快速凝膠化。大量動(dòng)態(tài)氫鍵和配位鍵協(xié)同疏水締合網(wǎng)絡(luò)賦予了水凝膠優(yōu)異的機(jī)械性能（斷裂伸長(zhǎng)率~4900%，斷裂強(qiáng)度~506 kPa）和更好的自愈合能力。通過(guò)溶劑置換，水凝膠具有寬溫度耐受性（-20-60℃）和穩(wěn)定的電信號(hào)傳感可重復(fù)性。傳感器還可用于以快速響應(yīng)時(shí)間（75 ms）靈敏的（GF=22.34）無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)人體信號(hào)。同時(shí)，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(xì)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(wěn)定柔性可穿戴傳感器的制作，在可穿戴電子器件、無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)、人機(jī)交互等方面顯示出巨大應(yīng)用潛力。

圖1. PXAg-GL離子凝膠的合成路線(xiàn)和性質(zhì)應(yīng)用示意圖

圖2. PXAg-GL水凝膠的凝膠化過(guò)程和力學(xué)性能優(yōu)化。

圖3. PX_0.2Ag₁-GL水凝膠的機(jī)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(yīng)變和溫度條件下的傳感行為。

圖6. 傳感器外界信號(hào)檢測(cè)、無(wú)線(xiàn)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

在這項(xiàng)工作中，通過(guò)溶劑置換法將甘油-水二元溶劑引入疏水締合/動(dòng)態(tài)配位雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠中，制備了一種耐溫、抗菌、可自愈、導(dǎo)電、超強(qiáng)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(shí)的細(xì)菌侵染，并且可以實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)人體的多種生理活動(dòng)。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(yōu)越的綜合性能，在電子皮膚、無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)、人機(jī)交互等方面顯示出巨大應(yīng)用潛力。相關(guān)工作成果以《Ultrastretchable, repairable and highly sensitive xanthan collagen nanosilver hydrogel for wide temperature flexible sensing》發(fā)表在Chemical Engineering Journal上，齊魯工業(yè)大學(xué)碩士研究生董寶亭為第一作者，齊魯工業(yè)大學(xué)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(zé)任編輯：xu）

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