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安徽理工大學(xué)張曉勇團(tuán)隊(duì)《Mater. Horiz.》：“奇思妙想”限制PNIPAM水凝膠相變過程引發(fā)的體積變化
2023-11-22  來源：高分子科技

  近年來，基于聚n -異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)的柔性電子器件的連續(xù)溫度監(jiān)測(cè)取得了快速發(fā)展，克服了傳統(tǒng)剛性材料的缺點(diǎn)。然而，它的相變引起的體積變化和粘附性差仍然是限制其應(yīng)用的主要原因。因此用最簡(jiǎn)單的方法構(gòu)建一層網(wǎng)狀支架，通過原位調(diào)節(jié)網(wǎng)狀支架的網(wǎng)格大小限制水凝膠分子鏈的自由運(yùn)動(dòng)程度，對(duì)于解決PNIPAM水凝膠相變引起的體積變化具有重要指導(dǎo)意義。


圖1 PSAs-MPT水凝膠的制備方法和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)


  近期，安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張曉勇課題組提出了一種壓敏膠(PSA)-“網(wǎng)狀支架”基水凝膠(PSAs-MPT)策略抑制PNIPAM水凝膠相變引起的體積變化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)原位可調(diào)的機(jī)械性能和優(yōu)異的粘合性能。網(wǎng)狀支架的可逆網(wǎng)格密度調(diào)節(jié)了水凝膠分子鏈的聚集狀態(tài)，從而能夠?qū)?/span>楊氏模量從6.7 kPa調(diào)整為45.3 kPa。由于具有恒定的體積溫度響應(yīng)性，PSAs-TMP傳感器在不同的溫度場(chǎng)景下都能表現(xiàn)出穩(wěn)定的溫度監(jiān)測(cè)。此外，PSAs-TMP水凝膠可以作為可穿戴的生物運(yùn)動(dòng)傳感器，以高靈敏度檢測(cè)身體運(yùn)動(dòng)，它也可以組裝成一個(gè)電子設(shè)備，通過莫斯電碼傳輸信息和識(shí)別手語。這項(xiàng)工作促進(jìn)了研究人員對(duì)聚合物分子鏈聚集狀態(tài)對(duì)水凝膠基柔性器件多場(chǎng)景應(yīng)用的理解，而且有望通過手語識(shí)別系統(tǒng)來管理需要緊急醫(yī)療護(hù)理患者的健康和健身。該工作以“A “Mesh Scaffold” that Regulates Mechanical Properties and Restricts Phase Transition-induced Volume Change of PNIPAM-Based Hydrogel for Wearable Sensors”為題發(fā)表在《Materials Horizons》上。安徽理工大學(xué)為論文第一完成單位，張曉勇博士和華東師范大學(xué)張利東教授為本論文共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省高等學(xué)？茖W(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目、安徽理工大學(xué)青年基金項(xiàng)目的支持。 


圖2 PSAs-MPT水凝膠的溫敏特性和網(wǎng)狀支架調(diào)控結(jié)構(gòu)表征


圖3 PSAs-MPT水凝膠的機(jī)械性能


圖4 PSAs-MPT水凝膠的粘接性能


圖5 PSAs-MPT水凝膠的手勢(shì)識(shí)別信息


  該工作是張曉勇團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于水凝膠機(jī)械性能調(diào)控和提高傳感穩(wěn)定性&粘接性相關(guān)研究的最近進(jìn)展之一。此外，水凝膠機(jī)械性能的原位可調(diào)和多場(chǎng)景粘接性的實(shí)現(xiàn)一直是該團(tuán)隊(duì)的重要方向研究之一。近幾年，該團(tuán)隊(duì)目前已在Chem. Eng. J. 2023, 468, 143734, ACS Appl. Mater. & Inter. 2023, 15, 50400–50412, ACS Appl. Mater. & Inter. 2022, 14, 30256-30267, J. Colloid Interf. Sci. 2021, 585, 420-432.等期刊上發(fā)表了相關(guān)研究論文。接下來，團(tuán)隊(duì)將對(duì)水凝膠材料在柔性器件和智能功能實(shí)現(xiàn)上繼續(xù)更深入的探索和研究，歡迎關(guān)注。


  全文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3MH01638B

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