離子導(dǎo)電水凝膠在多功能傳感器的應(yīng)用前景引起了科學(xué)界的廣泛興趣。與傳統(tǒng)傳感器相比，水凝膠可以克服韌性和彈性方面等缺點。基于水凝膠的應(yīng)變傳感器在可拉伸性、柔韌性、粘性和可調(diào)節(jié)的彈性模量等方面具有一定的優(yōu)勢，并且更容易附著在人體皮膚表面完成運動實時監(jiān)測。因此，水凝膠適合作為可穿戴電子產(chǎn)品的核心材料。但目前的大多數(shù)材料很難兼具卓越的機械性能、高導(dǎo)電性、透明度、靈敏度、良好的自恢復(fù)疲勞特性以及其他多功能特性，因此，構(gòu)筑新型多功能離子導(dǎo)電水凝膠對可穿戴設(shè)備、人工智能、人機交互和 3D 打印等新興技術(shù)的應(yīng)用都具有重要的意義。
近日，湖北大學(xué)張玉紅教授課題組和武漢工程大學(xué)江學(xué)良教授基于前期工作基于配位鍵、氫鍵等相互作用構(gòu)建多功能水凝膠（Compos Part B-Eng 2022, 230: 109528; J Mater Chem C 2020,8: 2827; 2020, 8: 17349; Chem Eng J, 2020, 382: 122925; 2019, 361: 364; 2018,354:1185）的基礎(chǔ)上，提出采用一鍋法在紫外線照射下制備聚（丙烯酰胺-丙烯酸）/明膠/甘油-Al3+（PG1G2A）離子導(dǎo)電水凝膠。得到的PG1G2A離子導(dǎo)電水凝膠具有高抗拉強度（539.18 kPa），優(yōu)異的拉伸性能（1412.96%），良好的快速自恢復(fù)和抗疲勞性，高透明度（>80%），出色的保濕性和防凍性/干燥性能。此外，基于離子導(dǎo)電水凝膠的應(yīng)變傳感器還能對機械刺激做出響應(yīng)并產(chǎn)生準確、穩(wěn)定且可回收的電信號，具有出色的靈敏度（GF 5.81）。該PG1G2A水凝膠可用作柔性可穿戴設(shè)備，監(jiān)測人體不同部位在不同溫度下的多種應(yīng)變和細微運動。有趣的是，嵌入模具中的PG1G2A水凝膠電容筆可用于在手機或平板電腦的屏幕上書寫和繪畫。這種新型多功能離子導(dǎo)電水凝膠在電子皮膚、運動監(jiān)測和人機交互等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖 1：PG1G2A 離子有機水凝膠的合成示意圖
圖2：PG1G2A 水凝膠傳感器用于人體運動監(jiān)測和電容筆
該研究以題為“Transparent, High Stretchable, Environmental Tolerance, and Excellent Sensitivity Hydrogel for Flexible Sensors and Capacitive Pens”的論文發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。碩士生肖彥雯和魯程程為論文共同第一作者，湖北大學(xué)張玉紅教授、陳朝霞副教授以及武漢工程大學(xué)的江學(xué)良教授為通訊作者。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acsami.3c08949
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