【湖南工業(yè)大學(xué)：研發(fā)低力學(xué)損耗、快速響應(yīng)的導(dǎo)電水凝膠傳感器】

基于水凝膠的柔性電子傳感器，在醫(yī)療保健、人體運動檢測和能量采集等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過向柔性水凝膠基底加入不同的導(dǎo)電填料，包括無機(jī)非金屬材料、金屬納米材料和導(dǎo)電聚合物，已經(jīng)成功地制造出了大量的柔性導(dǎo)電水凝膠材料，并已成功應(yīng)用于智能可穿戴設(shè)備。然而，這些導(dǎo)電水凝膠在整個應(yīng)變范圍內(nèi)通常表現(xiàn)出低線性，殘余應(yīng)變，以及由于外力的高滯后引起的實時阻力抵消基線，導(dǎo)致準(zhǔn)確預(yù)測物理變形的能力較差的問題。

解決這一問題的關(guān)鍵在于水凝膠基底的機(jī)械性能好壞。我們指導(dǎo)柔性材料的彈性變形和力學(xué)損耗是決定其抗拉強(qiáng)度和儲能能力的關(guān)鍵因素。當(dāng)材料的彈性形變高，力學(xué)損耗小的時候，就可以使得柔性材料對外界機(jī)械刺激做出及時的反應(yīng)，而這是用于檢測可重復(fù)日常運動的材料所必需的機(jī)械性能。許多已開發(fā)的具有良好拉伸性的導(dǎo)電水凝膠由于鏈纏結(jié)的解除和化學(xué)鍵破裂而難以實現(xiàn)良好的回彈性，并導(dǎo)致高力學(xué)滯后和較大的殘余應(yīng)變。為了解決這個問題，消除鏈纏結(jié)以減輕能量耗散是增強(qiáng)水凝膠彈性形變的可行方法。然而，在通常的化學(xué)交聯(lián)水凝膠中減少的纏結(jié)總是導(dǎo)致低彈性模量。因此，解決水凝膠堅韌性強(qiáng)與降低力學(xué)損耗之間的困境迫在眉睫。

近期，湖南工業(yè)大學(xué)經(jīng)鑫團(tuán)隊針對水凝膠堅韌性強(qiáng)與降低力學(xué)損耗之間的矛盾，提出了基于硼酸與乙二醇在PAM分子鏈之間形成連接橋梁的策略。引入的乙二醇可以作為有效的潤滑劑，從而減少分子間的內(nèi)摩擦。同時，溶脹效應(yīng)也會消除水凝膠系統(tǒng)中的暫時纏結(jié)。橋效應(yīng)還可以通過實現(xiàn)分子鏈之間的連接，抵消了溶脹對水凝膠力學(xué)性能的負(fù)面影響。因此，通過該策略實現(xiàn)的水凝膠（PLBOHs）表現(xiàn)出超低力學(xué)滯后、超快響應(yīng)和全應(yīng)變范圍的線性變化。此外，乙二醇還提升了PLBOH在的耐凍性。該水凝膠組裝后的應(yīng)變傳感器可以精確監(jiān)測人體運動，并可以組裝為三電極納米發(fā)電機(jī)實現(xiàn)能量采集。

這種通過橋效應(yīng)和溶劑置換的配合的策略，成功制備了具有優(yōu)異機(jī)械性能、突出傳感性能和能量收集性能的PLBOH水凝膠。由于通過橋效應(yīng)使張力有效傳遞和溶劑溶脹消除分子鏈的暫時纏結(jié)，PLBOH水凝膠實現(xiàn)了超低滯后 （

來源：傳感器專家網(wǎng)