不列颠哥伦比亚大学姜锋团队《Nano Energy》：纳米纤维素界面修饰液态金属制备高拉伸高灵敏瞬态凝胶传感器
2022-05-17 来源：高分子科技
由于具备多功能的特性，利用导电水凝胶制备下一代可穿戴柔性电子器件吸引了人们的广泛关注。然而，制备具有全方面优异性能（包括机械耐久性、电信号灵敏度、环境稳定性、以及使用后可自行降解）的水凝胶仍然是一个巨大的挑战。
图1 (a) CNF包覆的LMNPs PAA水凝胶的概念设计和制备过程示意图；(b) LMNPs在0.1wt% TO-CNFs中的胶体分散稳定性（（超声处理后立即和24小时后）；(c) TEM图像显示TO-CNFs层包裹在LMNPs上（超声处理40分钟）
图2 (a) 数字图像显示PAA-CNF-LMNPs (4 wt%)水凝胶的抗拉伸、抗戳，以及抗压缩性能；(b) 拉伸应力-应变曲线; (c) 不同LMNPs含量的PAA-CNF-LMNPs水凝胶的应力和杨氏模量以及 (d) 应变和韧性值。(e) 不同导电水凝胶的应力和应变值的Ashby图，包括含有CNT的水凝胶，含有 MXene的水凝胶，和含有LMs的水凝胶；（f）不同LMNPs含量的PAA-CNF-LMNPs水凝胶的压缩应力-应变曲线。
图3 PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝胶的抗疲劳和抗裂特性。(a)加载-卸载拉伸应力-应变曲线和(b)不同应变下的相应耗散能量（不同样品）；(c)加载-卸载循环拉伸应力-应变曲线和(d)保持不同时间间隔后500%应变下的相应耗散能量；(e)加载-卸载循环拉伸应力-应变曲线和(f)500%应变下10循环的相应耗散能量。(g)显示拉伸的照片和(h)水凝胶的拉伸应力-应变曲线；(i)示意图显示传统水凝胶的裂纹水平传播（左）和PAA-CNF-LMNPs水凝胶由于物理连接的动态断裂而产生的抗裂性（右）。
图4. PAA-CNF-LMNPs水凝胶在不同溶剂下的电导率。(a) 不同LMNP含量的PAA-CNF-LMNPs水凝胶的电导率，插图是相应水凝胶的EIS光谱。(b) 用乙二醇（EG）和二甲亚砜（DMSO）溶剂置换后的PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝胶和有机水凝胶的电导率，插图是相应的有机/水凝胶的EIS光谱；(c) 数字图像显示含EG的有机水凝胶在-22℃的抗冻性。
图5 (a) PAA-CNF-LMNPs (4 wt%)水凝胶的电学自愈行为；(b) 水凝胶自愈过程中的实时电阻(c)水凝胶自愈0.5、1和3小时的应力-应变曲线。
图6 PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝胶的传感敏感性。(a) 不同拉伸应变下水凝胶的相对电阻变化；(b)相对电阻随着拉伸应变的变化；(c) 水凝胶的拉伸灵敏系数随着应变的变化；(d) 不同导电水凝胶的应变和灵敏系数的Ashby图，包括含有CNT的水凝胶，含有MXene的水凝胶，和含有LMs的水凝胶。(e) 在100%的拉伸应变下，循环拉伸-释放测试下的相对电阻变化；(f) 在不同压力下水凝胶的相对电阻变化和压力敏感系数。
图7 PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝胶的实际应用。(a) 典型的基于水凝胶的传感器检测不同角度的手指弯曲；(b) 典型的基于水凝胶的传感器模仿手指识别不同材料的质地；(c) 使用PAA-CNF-LMNPs水凝胶作为可拉伸电缆的音频传输系统示意图；(d) 在水凝胶的原始和拉伸状态下收集的音频信号。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522004529?dgcid=author
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