80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

搜索：  
湖南工大經鑫教授課題組 Small：“纏結域”策略構筑MXene交聯(lián)的低滯后導電水凝膠
2024-05-02  來源：高分子科技

  柔性傳感器作為智能可穿戴設備的核心部件，在拉伸、彎曲、折疊等復雜狀態(tài)下仍能正常工作，被廣泛應用于電子皮膚、健康監(jiān)測和人機交互等方面。其中，水凝膠作為一種典型的濕軟材料，因其具有良好的生物相容性和優(yōu)異的性能可調性，被認為是設計開發(fā)智能可穿戴設備的理想選擇之一。湖南工業(yè)大學經鑫教授研究團隊近年來致力于設計開發(fā)具有高穩(wěn)定的導電水凝膠材料：（1）利用貽貝仿生改性氧化石墨烯及MXene等填料，設計開發(fā)了一系列具有高導電性及長期穩(wěn)定性的導電水凝膠材料（Journal of Materials Chemistry C, 2022,10, 11914-11923; Journal of Materials Chemistry C, 2022,10, 8266-8277; Composites Part B: Engineering, 2024, 272, 111191; Carbohydrate Polymers, 2024, 335, 122048; Advanced Functional Materials, 2023, 33(15):2213895）等；（2）通過化學接枝、表面改性，設計開發(fā)了一系列具有高輸出性能及高穩(wěn)定性的自供電柔性傳感器（ACS Applied Materials & Interfaces  2021, 13, 14, 16916-16927；Journal of Materials Chemistry C, 2020,8, 5752-5760；ACS Applied Materials & Interfaces，2020, 12, 20, 23474-23483）。


  傳統(tǒng)的化學交聯(lián)水凝膠的網絡結構通常不均勻，由不同長度的聚合物鏈組成，在化學交聯(lián)點相互鏈接。這種非均質性的網絡結構導致短鏈在張力作用下過早斷裂，破壞了材料的能量耗散能力，導致顯著的機械滯后；此外，MXene物理交聯(lián)的水凝膠在外力作用下往往表現(xiàn)出明顯的機械滯后，這對其在循環(huán)載荷下的長期穩(wěn)定性提出了嚴峻挑戰(zhàn)。



  為了解決上述問題，湖南工業(yè)大學經鑫教授課題組利用MXene作為物理交聯(lián)劑結合紫外光引發(fā)高濃度丙烯酰胺單體，成功制備了MXene交聯(lián)的低機械滯后水凝膠，并創(chuàng)新性的提出了“纏結域”的概念。MXene納米片層與長分子鏈之間相互纏結，形成以MXene為中心、丙烯酰胺分子鏈為外層結構的纏結域，提高應力傳遞的效率，從而降低了水凝膠的機械滯后；與此同時，大量的纏結點保證了水凝膠網絡結構的穩(wěn)定性（圖1）。該工作以“MXene Crosslinked Hydrogels with Low Hysteresis Conferred by Sliding Tangle Island Strategy”為題發(fā)表在《Small》上（Small, 2024, 2401622）。 


圖1 . MXene交聯(lián)的低滯后水凝膠的結構示意圖


  通過結合XPS，FTIR，DSC以及AFM等表征結果，證明了MXene與聚丙烯酰胺長分子鏈之間的相互作用：MXene能夠與聚丙烯酰胺長分子鏈相互纏結形成纏結域，從而作為應力傳輸?shù)臉屑~，提高應力傳遞效率，降低水凝膠的機械滯后（圖2）。 


圖2. MXene與聚丙烯酰胺長分子鏈形成纏結域


  通過改變MXene的濃度，探究不同復合水凝膠的滯后特性，從而確定最佳的MXene濃度為2 mg/mL。加載和卸載曲線幾乎重合，證明了P1M2水凝膠的低機械滯后和優(yōu)越的回復能力。此外，在后五個循環(huán)中，峰值應力和能量耗散基本上沒有發(fā)生變化，表明P1M2水凝膠卓越的穩(wěn)定性和可靠性（圖3）。 


圖3. 水凝膠的機械滯后行為表征


  P1M2水凝膠基應變傳感器展現(xiàn)出了優(yōu)異的傳感性能，在0%~150%和150%~350%兩個區(qū)域內對應的GF分別為2.68（R2=0.989）和5.98（R2=0.993）；同時還表現(xiàn)出了快速的響應性能（響應時間~40 ms，回復時間~50 ms）和出色的長期穩(wěn)定性。另外，將該水凝膠組裝成水凝膠電極貼片，可以實現(xiàn)心電信號的監(jiān)測，并且其輸出信號可以媲美商用凝膠電極貼片。我們還將該水凝膠基傳感器應用于人體運動監(jiān)測和手寫識別等領域，具有優(yōu)異且可靠的信號輸出，能夠實現(xiàn)運動動作和書寫筆跡的實時監(jiān)測（圖4）。 


圖4. P1M2復合水凝膠的傳感行為表征及其在人體運動監(jiān)測和手寫識別的應用


  湖南工業(yè)大學包裝與材料工程學院碩士研究生鄒健為本文第一作者，湖南工業(yè)大學包裝與材料工程學院經鑫教授為本文的通訊作者。該工作得到了湖南省研究生科研創(chuàng)新基金，湖南省自然科學基金等項目的支持。

 

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202401622

版權與免責聲明：中國聚合物網原創(chuàng)文章？锘蛎襟w如需轉載，請聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。
（責任編輯：xu）
【大 中 小】【打印】【關閉】

誠邀關注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞