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鄭州大學申長雨院士、劉春太教授團隊《Adv. Sci.》：表面改性的超枝化二氧化硅用于制備低遲滯超快響應的柔性可穿戴應變傳感器

2023-07-04 來源：高分子科技

導電水凝膠在可穿戴傳感器、醫療監控和電子皮膚等領域顯示出巨大的潛力。傳統的水凝膠力學性能弱，在拉伸過程中經常破裂；這限制了它們的實際應用。近年來，人們提出了幾種提高水凝膠機械強度的物理和化學方法。然而，引入雙網絡、無機復合材料和拓撲交聯制備的高韌性水凝膠具有高遲滯性。如何制備同時兼顧高韌性和低滯后的導電水凝膠中仍然是一個巨大的挑戰。

近日，鄭州大學申長雨院士、劉春太教授團隊的楊佩佩博士和李松偉博士課題組提出了一種將3-(三甲氧基硅基)甲基丙烯酸丙酯接枝超枝化納米二氧化硅(TSASNs)與聚丙烯酰胺(PAM)進行鏈纏結和界面化學鍵合的策略，以制備高斷裂韌性和低遲滯的水凝膠。水凝膠具有優異的機械強度(拉伸應力為80-120 kPa，斷裂伸長率為900-1400%，滯后為7.96%，ε=500%)，并且能夠承受多次機械循環，具有快速的回彈性。添加LiCl使PAM-TSASN-LiCl水凝膠具有優異的傳感性能(測量因子=4.5)，在寬應變傳感范圍(1-800%)內具有快速響應(210 ms)。同時合成的離子導電水凝膠是透明的，并粘附在人體皮膚上。PAM-TSASN-LiCl水凝膠已被用于構建高性能傳感器，可以快速穩定地檢測不同類型的人體運動。因此，該工作對柔性可穿戴傳感器領域有很大的貢獻，可以促進其實際應用。

圖1. PAM-TSASN水凝膠的制備與表征

圖2. 凍干后不同水凝膠和二氧化硅納米顆粒的SEM圖像

圖3. PAM-TSASN的力學性能

圖4. PAM-TSASN-LiCl水凝膠的制備和力學性能

圖5. PAM-TSASN₂-LiCl₅水凝膠的粘附性能

圖6. PAM-TSASN₂-LiCl₅水凝膠的拉伸傳感性能

圖7. PAM-TSASN₂-LiCl₅水凝膠的壓縮傳感性能

圖8. PAM-TSASN₂-LiCl₅水凝膠傳感器用于監測不同的人體運動

相關成果以“Surface Modification of Super Arborized Silica for Flexible and Wearable Ultrafast-Response Strain Sensors with Low Hysteresis”為題發表在《Advanced Science》。文章第一作者是鄭州大學碩士研究生韓少偉，通訊作者為鄭州大學的楊佩佩博士和李松偉博士。該研究得到了國家自然科學基金項目和國家重點研發計劃項目的支持。

全文鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202301713

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（責任編輯：xu）

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