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安徽理工大學(xué)張曉勇課題組 ACS AMI:PNIPAM基水凝膠的抗脫水和穩(wěn)定的力學(xué)性能用于體溫監(jiān)測(cè)傳感器
2024-11-05  來源:高分子科技

  近年來,溫度響應(yīng)可穿戴技術(shù)因其便捷性和實(shí)用性而受到廣泛關(guān)注。特別是在運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和健康管理領(lǐng)域,PNIPAM水凝膠因其顯著的熱響應(yīng)特性,導(dǎo)致可穿戴傳感器的需求不斷增長(zhǎng)。然而,一個(gè)亟待解決的問題是,如何設(shè)計(jì)PNIPAM基水凝膠以防止相變過程引起的脫水問題,以及由設(shè)備與人體皮膚之間不穩(wěn)定的機(jī)械性能導(dǎo)致的粘合性能下降,從而避免界面失效。因此,如何構(gòu)建一種能夠抑制PNIPAM水凝膠脫水和體積變化的材料,以實(shí)現(xiàn)相變過程中穩(wěn)定的機(jī)械性能、優(yōu)異的粘合性和熱傳感靈敏度,成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。


1 NAGP-Gel水凝膠的制備方法和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)


  近期,安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張曉勇課題組提出了一種新型的抗脫水和穩(wěn)定的力學(xué)性能水凝膠(NAGP-Gel),用于制造可穿戴溫度傳感器。該水凝膠基于明膠網(wǎng)狀支架來抑制脫水和體積變化,從而在相變過程中獲得穩(wěn)定的機(jī)械性能、優(yōu)異的粘合性和熱傳感靈敏度。NAGP-Gel 增強(qiáng)了聚合物鏈與水的相互作用,削弱了聚合物鏈與鏈之間的聚集程度,提高了在高于最低臨界溶解溫度 (LCST,即~32℃) 45條件下的抗脫水性能。網(wǎng)狀支架極大地限制了相變引起的聚合物鏈運(yùn)動(dòng)并保持了機(jī)械性能。在60℃環(huán)境下,NAGP-Gel的最大失水率和體積保留率分別僅為3.58%和97.3%。此外,NAGP-Gel還可用作溫度傳感器,在LCST范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的熱電信號(hào)。它還可以組裝成電子設(shè)備,通過摩爾斯電碼傳輸信息和識(shí)別手語。這項(xiàng)工作拓寬了PNIPAM在構(gòu)建智能水凝膠中的應(yīng)用,并為探索用于溫度監(jiān)測(cè)應(yīng)用的新型水凝膠提供了有效思路。該工作以Anti-dehydration and Stable Mechanical Properties during the Phase Transition of the PNIPAM-based Hydrogel for Body Temperature Monitoring Sensors為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。該研究工作得到了安徽省高等學(xué)校科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目、安徽理工大學(xué)青年基金項(xiàng)目、安徽理工大學(xué)醫(yī)學(xué)專項(xiàng)H2項(xiàng)目、青年科技基金項(xiàng)目、安徽理工大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金的支持。


2 NAGP-Gel水凝膠的結(jié)構(gòu)和抗脫水性能


3 NAGP-Gel水凝膠的粘接性能


4 NAGP-Gel水凝膠的機(jī)械性能


5 NAGP-Gel水凝膠的傳感性能和計(jì)數(shù)功能


  該工作是張曉勇團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于水凝膠機(jī)械性能調(diào)控和提高傳感穩(wěn)定性&功能性相關(guān)研究的最近進(jìn)展之一。此外,水凝膠機(jī)械性能的原位可調(diào)和多場(chǎng)景粘接調(diào)控一直是該團(tuán)隊(duì)的重要方向研究之一。近幾年,該團(tuán)隊(duì)目前已在Mater. Horiz. 2024. 11. 835-846Chem. Eng. J. 2024, 495, 153385, 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(fā)表了相關(guān)研究論文。接下來,團(tuán)隊(duì)將對(duì)水凝膠材料在柔性器件和智能功能實(shí)現(xiàn)上繼續(xù)更深入的探索和研究,歡迎關(guān)注。


  全文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsami.4c15748

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