北京科技大学陶璐琪副教授和重庆大学王平教授课题组《Carbohyd. Polym.》：兼顾力电性能的自修复水凝胶

2022-07-20 来源：高分子科技

具有类似于皮肤的模量的导电水凝胶在健康监测和人机界面系统中蓬勃发展。然而，开发出具有高力电性能、高拉伸和长期稳定性的自修复水凝胶是当务之急。

PSSC 水凝胶的制备过程和性能。

北京科技大学陶璐琪副教授（通讯作者）与重庆大学王平教授（通讯作者）团队利用氢键交联策略来改善PVA 自修复水凝胶的力电行为。创新地将基于丝胶功能化的碳纳米管(SS@CNTs)结合到凝胶系统中, 提高了其拉伸强度、伸长率、导电性和热稳定性。通过在 PVA 基体中引入生物相容性的海藻酸钠 (sodium alginate, SA ) 作为增强成分而构筑互穿网络结构，从而提高了凝胶的机械强度和离子迁移能力。重要的是，引入的离子和电子传输的协同效应促进了凝胶的导电性，从而在传感应用中具有高灵敏度 (4.75 (0-17%)) 和低检测限 (0.5%) 的卓越检测行为。PSSC 传感器可以检测大动作（膝关节屈曲）和细微行为（吞咽），而基于水凝胶的摩擦纳米发电机 (PSSC-TENG) 可以确认数字签名的真实性。这项研究推进了生物相容性聚合物水凝胶的开发及其在可穿戴健康监测中的自供电传感潜力。该工作以 “Tunable mechanical, self-healing hydrogels driven by sodium alginate and modified carbon nanotubes for health monitoring”为题发表在《Carbohydrate Polymers》上，文章的第一作者是重庆大学博士研究生李稳。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

PSSC水凝胶的传感性能。

PS_0.2SC_0.14-TENG的工作原理和输出性能。

该工作是团队近期关于纳米材料应用相关研究的最新进展之一。近年来，团队对纳米材料在各领域中的应用做了一系列的探索。陶璐琪副教授团队设计了将湿度传感器和石墨烯热声装置集成的人机交互系统（HHMIS），可实时对呼吸信号进行检测且对异常的呼吸信号进行实时预警(ACS Appl. Mater. Interfaces.2022, 14(10): 12606-12616)。同时,设计了具备加热功能和NO₂气体传感功能的集成化器件，克服了NO₂在室温下无法充分解吸附的问题，同时在NO₂浓度超标时加热器还能切换成声学预警装置提醒人们撤离现场（Chem. Eng. J. 2022, 428, 131079）。借助激光诱导石墨烯的手段，提出了融合压阻效应和热声效应的集成器件组装策略，实现了在单个器件上同时实现了压力传感和声音发出功能(Carbon 2022, 193, 68-76)。通过设计基于 SrCaGa₄O₈荧光粉的发光材料与激光诱导石墨烯加热器的双层结构，实现了多层加密解密及防伪功能（Adv. Funct. Mater. 2021, 31 (43), 2103255）。提出了具有良好机械性能和声学性能的石墨烯电子皮肤，可以对心脑血管疾病和睡眠性呼吸暂停等疾病进行有效检测和预警。（Adv. Funct. Mater. 2019, 29 (51), 1904706）通过激光诱导石墨烯技术，实现了单个设备进行声音检测和声音发射的功能集成，在语音控制领域开辟了实际应用前景（Nat. Commun. 2017, 8 (1), 14579）。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119854

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（责任编辑：xu）

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