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南林周曉燕教授、陳敏智副教授團隊AFM：一種酚醛樹脂增強的可拉伸的雙網(wǎng)絡(luò)低共熔溶劑凝膠及其在多環(huán)境下的傳感應(yīng)用
2023-05-19  來源：高分子科技

  離子凝膠以其獨有的柔性和導電性，在傳感領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。近年來，研究人員為提高離子凝膠力學性能，在雙網(wǎng)絡(luò)增韌離子凝膠的構(gòu)筑方面開展了大量工作。其中，雙網(wǎng)絡(luò)的選擇及兩者之間的相互作用的調(diào)節(jié)，對提高凝膠的多種環(huán)境條件下的適應(yīng)性、拓展傳感應(yīng)用領(lǐng)域至關(guān)重要。


  近日，南京林業(yè)大學材料科學與工程學院周曉燕教授、陳敏智副教授研究團隊采用簡單的酚醛復合策略，設(shè)計了一種具有高強多響應(yīng)型特征的雙網(wǎng)絡(luò)低共熔溶劑離子凝膠（PAA-RF DN gel）。利用酚醛樹脂與聚丙烯酸之間的氫鍵相互作用構(gòu)筑一種獨特的雙網(wǎng)絡(luò)增強結(jié)構(gòu)，凝膠在拉伸和壓縮形變中表現(xiàn)出優(yōu)異的機械特性，拉伸模量、壓縮模量和韌性分別達到1.04MPa、10.63MPa和1.07MJ m-3。該凝膠同時具有光熱效應(yīng)、抗溶脹能力以及阻燃性，可在寬溫度范圍（-20~90℃）、寬濕度范圍（55-90%RH）、水下、甚至火災(zāi)等環(huán)境中，作為應(yīng)變、溫度、光、濕度等多重刺激的高靈敏傳感器件。該研究工作為雙網(wǎng)絡(luò)離子凝膠中剛性網(wǎng)絡(luò)的選擇提供新的思路，也為性能優(yōu)異的多功能傳感器的開發(fā)提供了新的策略。該工作以“Tough and Stretchable Phenolic-Reinforced Double Network Deep Eutectic Solvent gels for Multifunctional Sensors with Environmental Adaptability”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上（DOI：10.1002/adfm.202303381）。文章第一作者為南京林業(yè)大學碩士研究生全琦，周曉燕教授和陳敏智副教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金項目的支持。 


圖1 PAA-RF的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其性能對比


  該凝膠材料表現(xiàn)出良好的拉伸和壓縮力學性能，可黏附于多種基材表面。 


圖2 RF-PAA DN gel的力學性能


  凝膠在-20~90℃的溫度范圍均表現(xiàn)出良好的柔韌性。 


圖3 RF-PAA DN gel抗凍性


  可用于壓縮、彎曲等應(yīng)變的傳感響應(yīng)。 


圖4 RF-PAA DN gel的應(yīng)變傳感


  對不同溫度也表現(xiàn)較好的響應(yīng)性，且在不同溫度范圍段表現(xiàn)不同的響應(yīng)系數(shù)。 


圖5 RF-PAA DN gel的溫度傳感


  在不同溫度下的應(yīng)變傳感靈敏度的差異性，可實現(xiàn)同時感知溫度與應(yīng)變的變化。甚至可用于火災(zāi)的預(yù)警。 


圖6 RF-PAA DN gel在不同溫度下的應(yīng)變傳感及其火災(zāi)預(yù)警


  對光照、濕度具有響應(yīng)性。 


圖7 RF-PAA DN gel對光、濕度的傳感性質(zhì)


  可用于水下接觸和非接觸傳感。 


圖8 RF-PAA DN gel的水下傳感性質(zhì)


  離子凝膠作為傳感器件表現(xiàn)出的高環(huán)境適應(yīng)性、高靈敏性，可用于運動檢測、環(huán)境控制、智能家居、電子皮膚、機器人等多個領(lǐng)域。


  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202303381

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（責任編輯：xu）
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