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四川大學宋飛教授團隊 CEJ：基于防凍可拉伸有機水凝膠電極的自供電傳感器用于低溫下機器手運行監(jiān)測

2023-11-16 來源：高分子科技

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)、礦產(chǎn)開采、生物醫(yī)學等領域中使用智能機器人取代傳統(tǒng)人力已成為一種趨勢。因而，實時準確監(jiān)測其工作狀態(tài)顯得尤為重要，迫切需要開發(fā)多功能、高性能的傳感器來滿足這一需求。近年來，柔性摩擦納米發(fā)電機（TENG）作為一種新型自供電能量轉換裝置，因其重量輕、成本低、無需外部電池供電等優(yōu)勢而備受關注。然而，作為TENG的關鍵模塊，電極材料的可拉伸性與極端低溫耐受性是影響應用的關鍵因素，相關性能仍亟需提升。

四川大學化學學院環(huán)保型高分子材料國家地方聯(lián)合工程實驗室宋飛教授團隊近期報道了一種二元納米材料功能化方法，開發(fā)了一種防凍、高拉伸和高機械強度的導電納米復合聚乙烯醇有機水凝膠（CMPG）。其中，一維纖維素納米纖維可以賦予有機水凝膠高機械性能（3.2 MPa和866%），而且其可通過與二維材料MXene的幾何協(xié)同和分子相互作用提供高電導性能（8.7 S/m）。該CMPG在-20°C環(huán)境中仍可保持良好的機械性能（2.7 MPa和820%）和導電性（6.2 S/m）。利用該CMPG構建的TENG表現(xiàn)出~120 mW m^-2的峰值功率密度，且可在-20 °C下穩(wěn)定運行超過15000次。該TENG可用于自供電監(jiān)測機器手的工作狀態(tài)，通過無線傳輸獲得實時電信號，區(qū)分機器手抓取物體的大小和材質(zhì)，在智能機器人監(jiān)測系統(tǒng)方面展現(xiàn)出良好的應用前景。

圖1.防凍可拉伸有機水凝膠基TENG的構建及自供電監(jiān)測機器手工作狀態(tài)的設計。

圖2.有機水凝膠在低溫下的力學性能和導電性。

圖3. 有機水凝膠基TENG自供電監(jiān)測機器手低溫工作狀態(tài)的應用展示。

該工作以“Binary-1D/2D nanomaterial-functionalization toward strong, stretchable, and anti-freezing electrically conductive organohydrogels for self-powered operation monitoring of robotic hand”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上。論文第一作者是四川大學碩士生周潔，通訊作者是宋飛教授。該工作獲得國家自然科學基金聯(lián)合基金重點項目(U21A2096)和高分子材料工程國家重點實驗室探索項目支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147317

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（責任編輯：xu）

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