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陜科大王學(xué)川/劉新華 JMCA：“三明治”型皮革復(fù)合智能電子地板
2022-07-01  來源：高分子科技

  近日，陜西科技大學(xué)生物質(zhì)與功能材料研究所王學(xué)川/劉新華等報道了一種具有超強粘附性、自愈合性和電活性的明膠基復(fù)合導(dǎo)電粘合水凝膠，并用于 “三明治”型皮革復(fù)合智能電子地板的制造。相關(guān)研究成果發(fā)表于國際材料領(lǐng)域頂級期刊Journal of Materials Chemistry A上。


圖1 明膠基復(fù)合導(dǎo)電粘合水凝膠的制備原理圖


  隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能家居在提高人們生活質(zhì)量和健康方面發(fā)揮著越來越重要的作用。其中智能電子傳感地板是實現(xiàn)實時追蹤地板上方人體運動監(jiān)測的重要手段之一。本文將生物質(zhì)明膠（Gel）與殼聚糖(Cs)、丙烯酰胺(AM)、多壁碳納米管(MWCNTs)、三氯化鐵（FeCl3）通過簡單的“一鍋法”復(fù)合合成了一系列具有超強粘接性、自愈合性和電活性的明膠基復(fù)合導(dǎo)電粘合水凝膠（CAM-Gels），并將其作為導(dǎo)電膠層用于三明治啟發(fā)的皮革復(fù)合智能電子地板（e-floor）的制造。綜合實驗證明，豐富的活性基團和組分間的粘結(jié)性賦予了CAM-Gels對各種基材的粘附能力。CAM-Gels在天然皮膚上表現(xiàn)出超強的粘接強度，明顯優(yōu)于目前已報道的聚氨酯膠粘劑、生物基膠粘劑和貽貝類膠粘劑。CAM-Gels由于具有動態(tài)可逆的物理交聯(lián)作用，表現(xiàn)出按需的自修復(fù)能力。同時，CAM-Gels對大規(guī)模和小規(guī)模的人類活動進行了精確的實時監(jiān)測，顯示了其在傳感器電子學(xué)方面的巨大潛力。此外，所設(shè)計的智能電子傳感地板顯示出可重復(fù)且有規(guī)律的電信號，證實了該電子地板可以準確地跟蹤人們的日常活動。 


圖2 明膠基復(fù)合導(dǎo)電粘合水凝膠的粘接機理與性能


 圖3 皮革復(fù)合智能電子地板制備和應(yīng)用


  圖3為智能電子地板的制備過程和應(yīng)用。該智能電子地板是由羊皮革、明膠基復(fù)合導(dǎo)電粘合水凝膠和木材自上而下組裝而成的三明治式傳感器（圖3a、b)。CAM-Gel的雙面自粘合性使水凝膠不需要額外的就能牢固地粘附在皮革和木材上。志愿者在地板上運動時的實時阻力變化，展示了可重復(fù)且有規(guī)律的電信號，同時該電子地板可以重復(fù)識別人體的不同運動證明了CAM-Gel作為智能地板導(dǎo)電層的可靠性。


  當然，該工作的研究人員也認為這種電子地板目前仍不是特別成熟，在實際推廣應(yīng)用中存在著缺陷。例如：（1）水凝膠基地板應(yīng)考慮耐候性，因為水凝膠在環(huán)境條件下容易因干燥和凍結(jié)而失去其功能；（2）整個器件在沒有外部工作電源的情況下無法工作，嚴重限制了實際應(yīng)用。因此，相關(guān)的研究工作他們也正在不斷地改進和完善。但相信，本研究提出的皮革復(fù)合智能電子傳感地板有望為皮革基電子產(chǎn)品開辟新的領(lǐng)域，可為傳統(tǒng)皮革可持續(xù)發(fā)展和升級轉(zhuǎn)型提供新的思路，同時為智能家具的制造提供一定借鑒。


  相關(guān)成果以“Ultra-strong adhesive, self-healing and electroactive bio-based hydrogels for on-demand fabrication of sandwich-inspired smart electronic sensing floor”為題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A（DOI: 10.1039/D2TA03782C）上。陜西科技大學(xué)博士研究生鄒曉亮為第一作者，王學(xué)川教授和劉新華副教授為本論文的通訊作者。感謝陜西省重點研發(fā)計劃項目（2022GY-272）、教育部“藍火計劃”（惠州）產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金項目（CXZJHZ201801）、陜西省青年人才托舉計劃項目（20200424）和中國博士后基金面上項目（2021M692000）對本工作的大力支持！


  原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D2TA03782C

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（責任編輯：xu）
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