安徽理工大學張曉勇團隊 ACS AMI：適用于多種應用場景仿貽貝水凝膠柔性傳感器
2023-10-24 來源：高分子科技
近期，安徽理工大學材料科學與工程學院張曉勇課題組研發出了一種新型功能水凝膠(PAA-Dopa-Zr4+)。這種水凝膠融合了3,4-二羥基苯基-l-丙氨酸(L-Dopa)和聚丙烯酸(PAA)，并加入Zr4+離子。通過調控絡合作用大小，成功地在聚合物鏈中原位調整了聚合物鏈的聚集狀態，使得所制水凝膠的機械性能能夠實時調節。特別一提的是，L-Dopa中的兒茶酚基團和多羥基葡萄糖使得這種水凝膠能夠在各種環境中（無論是潮濕還是干燥）緊密地附著在皮膚或設備上。而且，它在-35到65℃的寬溫度范圍內都展現出了出色的環境穩定性，持續時間高達60天。更為引人注目的是，這種PAA-Dopa-Zr4+水凝膠還可以被用于制作柔軟的應變敏感傳感器，能夠根據具體的機械性能需求來監測人體的行為動作。這一創新為未來的可穿戴技術和個性化的醫療監測領域帶來了新的可能性。該工作以“Flexible Strain Sensitive Sensors Assembled from Mussel-inspired Hydrogel with Tunable Mechanical Properties and Wide Temperature Tolerance in Multiple Application Scenarios”為題發表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。該研究工作得到了安徽省高等學校科學研究重點項目(2023AH051213)、安徽理工大學人才引進啟動基金(2021yjrc63)、安徽理工大學青年基金項目(QNZD202201)的支持。張曉勇課題組主要從事柔性智能材料與器件的研究，目前已在Chemical Engineering Journal; ACS Applied Materials & Interfaces; Journal of Colloid and Interface Science等期刊上發表相關研究論文。
基于Zr4+和羧基在室溫下可以形成金屬配位特征，Zr4+可以作為“分子鏈開關”來實現水凝膠的可調節機械性能。由于引入了葡萄糖，在零下溫度（-35°C）下水成冰晶格的過程受到抑制，在環境條件下長期儲存（60天）期間水的蒸發受到阻礙。令人印象深刻的是，所開發的PAA-g-Dopa水凝膠顯示出卓越的皮膚感知性能，可以區分各種人類運動，例如關節彎曲和微小振動，包括脈搏、說話、吞咽和皺眉等。可以相信，本研究將為下一代可穿戴設備的設計和制造提供新的創新理念。
圖1 PAA-g-Dopa水凝膠制備工藝和設計策略
圖2 PAA-g-Dopa水凝膠的粘接性能
圖3 PAA-g-Dopa水凝膠機械性能可調性能
圖4 PAA-Dopa水凝膠導電性能和微小動作傳感性能展示
基于Zr4+和羧基在室溫下可以形成金屬配位特征，Zr4+可以作為“分子鏈開關”來實現水凝膠的可調節機械性能。由于引入了葡萄糖，在零下溫度（-35°C）下水成冰晶格的過程受到抑制，在環境條件下長期儲存（60天）期間水的蒸發受到阻礙。令人印象深刻的是，所開發的PAA-g-Dopa水凝膠顯示出卓越的皮膚感知性能，可以區分各種人類運動，例如關節彎曲和微小振動，包括脈搏、說話、吞咽和皺眉等。可以相信，本研究將為下一代可穿戴設備的設計和制造提供新的創新理念。
全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.3c12735
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（責任編輯：xu）
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