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一种导电自修复水凝胶,用于制造柔性传感器
来源:英格丽·法德利 , phys.org 发表于 2023/6/9

(a) 水凝胶自愈机理示意图;(b)水凝胶在不同时间的自修复率243;(三)水凝胶自修复演示过程;(d) 244 用水凝胶多重愈合的自愈作用。图片来源:王等


电子领域的新进展使得能够创建更小、越来越复杂的设备,包括可穿戴技术、生物传感器、医疗植入物和软机器人。这些技术中的大多数都基于具有电子特性的弹性材料。


虽然材料科学家已经推出了各种可用于制造电子产品的柔性材料,但其中许多材料都很脆弱,很容易损坏。由于材料的损坏可能导致其故障,同时也会影响它们所集成的系统的整体功能,因此几种现有的软材料和导电材料最终可能不可靠且不适合大规模实施。


中国哈尔滨理工大学的研究人员近期开发出一种新的导电和自修复水凝胶,可用于为可穿戴设备,机器人或其他设备制造柔性传感器。这种材料及其成分在《科学杂志:先进材料和设备》中进行了概述。


“在本文中,聚乙烯醇(pva)和4-羧基苯甲醛(cba)用于形成双网络骨架,并引入聚苯胺(pani)来组装具有良好自愈性能的柔性传感器,”xiaoming wang,ling weng和他们的同事在他们的论文中写道。“pva和cba的疏水结合保证了水凝胶传感器的机械性能,pani的引入为水凝胶传感器带来了电性能。


wang,weng和他们的同事通过将cba(一种由醛和羧酸取代的苯环组成的有机化合物)引入pva(一种水溶性合成聚合物)并通过静电相互作用添加导电聚合物pani来创建他们的材料。在最初的测试中,他们发现这种材料具有显着的机械性能,并且在损坏后可以自行愈合。此外,它可以达到4.35 mpa的最大应力和380%的最大应变。


然后,研究人员使用这种材料制造了一种应变传感器,这是一种传感装置,可以检测来自周围环境的外力和施加的压力。该传感器的性能非常好,既可以测量小的变形信号,例如佩戴者咳嗽或说话,也可以测量更剧烈的身体运动。


“本文制备的柔性传感器在1-71%的应变范围内具有0.300的灵敏度,极限检测应变小于1%,”wang,weng及其同事在他们的论文中写道。“拉伸过程中水凝胶传感器的响应时间为158毫秒。此外,水凝胶传感器还具有自愈性能。在室温下,水凝胶切割后,只需一分钟即可完成修复,自愈率约为60%。


未来,这组研究人员创造的水凝胶可用于开发各种其他传感器和可穿戴电子设备,例如可以检测人体运动的传感器或监测特定生物信号的医疗设备。此外,他们的工作可以为开发具有自愈特性的类似柔性和导电水凝胶铺平道路。


更多信息:王晓明等,构建用于柔性传感器的导电和机械强度自修复水凝胶,科学杂志:先进材料与器件(2023)。


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