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安徽理工大學張曉勇團隊《Mater. Horiz.》：“奇思妙想”限制PNIPAM水凝膠相變過程引發的體積變化

2023-11-22 來源：高分子科技

近年來，基于聚n -異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)的柔性電子器件的連續溫度監測取得了快速發展，克服了傳統剛性材料的缺點。然而，它的相變引起的體積變化和粘附性差仍然是限制其應用的主要原因。因此用最簡單的方法構建一層網狀支架，通過原位調節網狀支架的網格大小限制水凝膠分子鏈的自由運動程度，對于解決PNIPAM水凝膠相變引起的體積變化具有重要指導意義。

圖1 PSAs-MPT水凝膠的制備方法和結構特點

近期，安徽理工大學材料科學與工程學院張曉勇課題組提出了一種壓敏膠(PSA)-“網狀支架”基水凝膠(PSAs-MPT)策略抑制PNIPAM水凝膠相變引起的體積變化，進一步實現原位可調的機械性能和優異的粘合性能。網狀支架的可逆網格密度調節了水凝膠分子鏈的聚集狀態，從而能夠將楊氏模量從6.7 kPa調整為45.3 kPa。由于具有恒定的體積溫度響應性，PSAs-TMP傳感器在不同的溫度場景下都能表現出穩定的溫度監測。此外，PSAs-TMP水凝膠可以作為可穿戴的生物運動傳感器，以高靈敏度檢測身體運動，它也可以組裝成一個電子設備，通過莫斯電碼傳輸信息和識別手語。這項工作促進了研究人員對聚合物分子鏈聚集狀態對水凝膠基柔性器件多場景應用的理解，而且有望通過手語識別系統來管理需要緊急醫療護理患者的健康和健身。該工作以“A “Mesh Scaffold” that Regulates Mechanical Properties and Restricts Phase Transition-induced Volume Change of PNIPAM-Based Hydrogel for Wearable Sensors”為題發表在《Materials Horizons》上。安徽理工大學為論文第一完成單位，張曉勇博士和華東師范大學張利東教授為本論文共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、安徽省高等學�？茖W研究重點項目、安徽理工大學青年基金項目的支持。

圖2 PSAs-MPT水凝膠的溫敏特性和網狀支架調控結構表征

圖3 PSAs-MPT水凝膠的機械性能

圖4 PSAs-MPT水凝膠的粘接性能

圖5 PSAs-MPT水凝膠的手勢識別信息

該工作是張曉勇團隊近期關于水凝膠機械性能調控和提高傳感穩定性&粘接性相關研究的最近進展之一。此外，水凝膠機械性能的原位可調和多場景粘接性的實現一直是該團隊的重要方向研究之一。近幾年，該團隊目前已在Chem. Eng. J. 2023, 468, 143734, ACS Appl. Mater. & Inter. 2023, 15, 50400–50412, ACS Appl. Mater. & Inter. 2022, 14, 30256-30267, J. Colloid Interf. Sci. 2021, 585, 420-432.等期刊上發表了相關研究論文。接下來，團隊將對水凝膠材料在柔性器件和智能功能實現上繼續更深入的探索和研究，歡迎關注。

全文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3MH01638B

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（責任編輯：xu）

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