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  導(dǎo)電水凝膠在柔性應(yīng)變傳感器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，然而，其壓敏傳感的靈敏度往往較低，這主要是由于水凝膠的傳感信噪比較低。為提高水凝膠傳感器的信噪比，一個關(guān)鍵的因素是提高水凝膠傳感器在外力作用下的電阻變化率。

  為解決上述問題，華東師范大學(xué)張利東教授課題組報道了一種新型的電化學(xué)策略，通過電化學(xué)誘導(dǎo)電極反應(yīng)，在水凝膠內(nèi)部產(chǎn)生金屬離子(Fe³⁺)的梯度分布，誘導(dǎo)梯度化學(xué)交聯(lián)，引發(fā)水凝膠表面微觀褶皺結(jié)構(gòu)。同時，大量Fe³⁺集中在褶皺水凝膠表面，增強了水凝膠的導(dǎo)電特性。因此，在圖案化水凝膠受到壓縮外力作用時，水凝膠傳感器表現(xiàn)出更高的電阻變化率。這種類似于人體指紋結(jié)構(gòu)的傳感機制，使得水凝膠傳感器在柔性傳感器領(lǐng)域表現(xiàn)出更大的應(yīng)用價值。

圖1 電化學(xué)誘導(dǎo)的微觀褶皺結(jié)構(gòu)

圖2 微觀褶皺結(jié)構(gòu)形成機理

  與已報道的褶皺結(jié)構(gòu)構(gòu)筑策略不同，電化學(xué)誘導(dǎo)的褶皺結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出雙層排列。作者通過激光共聚焦顯微鏡觀察水凝膠結(jié)構(gòu)，實驗結(jié)果顯示水凝膠上表面位置存在雙層排列的褶皺結(jié)構(gòu)。雙層褶皺結(jié)構(gòu)，在垂直方向上逐層排列，在水平方向呈“尖牙”狀交錯排列(圖3a, b)。

圖3 微觀褶皺結(jié)構(gòu)表征

圖4 微觀褶皺結(jié)構(gòu)對水凝膠電傳感敏感性的影響。

  通過電化學(xué)策略在均質(zhì)水凝膠內(nèi)構(gòu)筑交聯(lián)梯度，使水凝膠表面產(chǎn)生可調(diào)控、穩(wěn)定的微觀褶皺結(jié)構(gòu)，無需預(yù)拉伸或多層材料復(fù)合。同時電化學(xué)誘導(dǎo)的表面褶皺結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了水凝膠電傳感性能靈敏度的提升，進一步拓寬了水凝膠在柔性電傳感器件的應(yīng)用。

  文章鏈接 https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.3c00848