具有柔韧性和导电性的聚合物水凝胶电解质在柔性电子器件中得到了广泛研究和应用。然而,传统水凝胶电解质在零度以下的环境中容易发生冻结,其次,高含水量易使水凝胶电解质发生细菌滋生,极大地限制了其在便携式储能设备和柔性可穿戴设备领域的应用。另外,基于绿色可再生的天然高分子材料制备水凝胶电解质得到了研究人员的日益青睐。因此,开发多功能与环境友好的水凝胶电解质具有重要意义。
图1 多功能CS-PAPILs/PAM/LiCl DN凝胶电解质的制备过程
图2 CS-PAPILs/PAM/LiCl DN水凝胶的力学性能
图3 CS-PAPILs/PAM/LiCl DN水凝胶的抗冻、保水性能
图4 CS-PAPILs/PAM/LiCl DN水凝胶的离子电导性能
图5 基于CS-PAPILs/PAM/LiCl DN水凝胶电解质的超级电容器电化学性能研究
图6 CS-PAPILs/PAM/LiCl DN水凝胶的应变传感器研究
最后将具有优异抗菌性、生物相容性、柔韧性的透明DN水凝胶应用于可穿戴应变传感(图6)。DN水凝胶在拉伸和恢复过程中(10%应变)的响应时间分别为177、181 ms,在0-150%宽应变范围、低温以及室内保存15天表现出优异的灵敏度和对外部应力的实时响应性,将DN水凝胶作为皮肤贴附可穿戴传感器监测志愿者的手指、手腕、肘部以及动物玩具模型均表现出优异的信号可重复性和稳定性,充分说明了CS-PAPILs/PAM/LiCl DN水凝胶在可穿戴式应变传感器中的巨大应用潜力。
为了提升水凝胶电解质的机械性能、抗冻、抗菌以及电化学性能,本工作研究开发了一种壳聚糖衍生的聚(非质子/质子离子液体)双网络水凝胶电解质。本工作的主要优点是:1)CS-PAPILs的独特结构特征赋予了DN水凝胶所需的抗菌性能和离子电导率;2) LiCl与CS-PAPILs聚离子液体的协同作用,使水凝胶具有优异的离子导电性、抗冻性和保水性能;3)整个制备过程在水环境中进行,具有绿色和低能耗。基于该DN水凝胶的超级电容器在低至-50℃的温度下具有高比电容和出色的循环稳定性,组装的可穿戴应变传感器具有快速响应和可重复性,在监测各种人体运动方面具有很大的潜力。
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154994
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