【湖南工業(yè)大學：研發(fā)低力學損耗、快速響應(yīng)的導電水凝膠傳感器】

基于水凝膠的柔性電子傳感器，在醫(yī)療保健、人體運動檢測和能量采集等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過向柔性水凝膠基底加入不同的導電填料，包括無機非金屬材料、金屬納米材料和導電聚合物，已經(jīng)成功地制造出了大量的柔性導電水凝膠材料，并已成功應(yīng)用于智能可穿戴設(shè)備。然而，這些導電水凝膠在整個應(yīng)變范圍內(nèi)通常表現(xiàn)出低線性，殘余應(yīng)變，以及由于外力的高滯后引起的實時阻力抵消基線，導致準確預(yù)測物理變形的能力較差的問題。

解決這一問題的關(guān)鍵在于水凝膠基底的機械性能好壞。我們指導柔性材料的彈性變形和力學損耗是決定其抗拉強度和儲能能力的關(guān)鍵因素。當材料的彈性形變高，力學損耗小的時候，就可以使得柔性材料對外界機械刺激做出及時的反應(yīng)，而這是用于檢測可重復(fù)日常運動的材料所必需的機械性能。許多已開發(fā)的具有良好拉伸性的導電水凝膠由于鏈纏結(jié)的解除和化學鍵破裂而難以實現(xiàn)良好的回彈性，并導致高力學滯后和較大的殘余應(yīng)變。為了解決這個問題，消除鏈纏結(jié)以減輕能量耗散是增強水凝膠彈性形變的可行方法。然而，在通常的化學交聯(lián)水凝膠中減少的纏結(jié)總是導致低彈性模量。因此，解決水凝膠堅韌性強與降低力學損耗之間的困境迫在眉睫。

近期，湖南工業(yè)大學經(jīng)鑫團隊針對水凝膠堅韌性強與降低力學損耗之間的矛盾，提出了基于硼酸與乙二醇在PAM分子鏈之間形成連接橋梁的策略。引入的乙二醇可以作為有效的潤滑劑，從而減少分子間的內(nèi)摩擦。同時，溶脹效應(yīng)也會消除水凝膠系統(tǒng)中的暫時纏結(jié)。橋效應(yīng)還可以通過實現(xiàn)分子鏈之間的連接，抵消了溶脹對水凝膠力學性能的負面影響。因此，通過該策略實現(xiàn)的水凝膠（PLBOHs）表現(xiàn)出超低力學滯后、超快響應(yīng)和全應(yīng)變范圍的線性變化。此外，乙二醇還提升了PLBOH在的耐凍性。該水凝膠組裝后的應(yīng)變傳感器可以精確監(jiān)測人體運動，并可以組裝為三電極納米發(fā)電機實現(xiàn)能量采集。

這種通過橋效應(yīng)和溶劑置換的配合的策略，成功制備了具有優(yōu)異機械性能、突出傳感性能和能量收集性能的PLBOH水凝膠。由于通過橋效應(yīng)使張力有效傳遞和溶劑溶脹消除分子鏈的暫時纏結(jié)，PLBOH水凝膠實現(xiàn)了超低滯后 （

來源：傳感器專家網(wǎng)