北京林业大学杨俊 AFM：界面耦合性水凝胶热阻传感器用于连续温度监测

2023-04-28 来源：高分子科技

近年来，可穿戴和便携式电子产品的需求不断增长，热响应水凝胶材料得益于出色的柔韧性和温度响应性，克服了传统刚性热电偶难以满足穿戴性的缺点，因而受到了广泛研究关注。但是在任意起伏表面上尝试进行连续高保真温度信号反馈依然是个巨大的挑战，极度依赖具有高度界面耦合能力的材料来克服热交换界面剥离失效的难题。

针对上述问题，北京林业大学杨俊等人将多酚复合物（单宁酸-纳米纤维素）引入热敏性聚(丙烯酰胺)/聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)/甘油-水凝胶基质中，实现了水凝胶粘附力与内聚力的平衡，展现了出色的结构稳定性和适形接触能力，避免了与黏附基体之间力学失配和界面失效导致的不良热信号采集。研究发现，该水凝胶具有出色的热敏性(TCR = 1.43%°C ^{- 1})，界面适应性和环境稳定性，同时具有较高的识别温度分辨率(1°C)、耐外部力学冲击 (锤击200次，电流变化率＜9%)、对不同曲率(球体、锥体和鞍形)基体表面的保形黏附性。通过整合银电极层和凝胶功能层构建了热阻式表皮温度传感器，实现了对复杂形状物体的界面适应和动态环境下的无缝耦合，能够在任意曲率物体表面进行连续温度监测。该工作为人-机界面材料和适形热敏柔性电子的快速发展提供了新的研究内容，在可穿戴电子设备，智能机器人和以患者为中心的诊断中展现了潜在的应用价值。

图1 在不同曲率基体表面适形贴合及其对温度的准确监测

图2 在运动及各种极端形变条件下保持稳定的温度监测

以上研究成果以“A Robust and Adhesive Hydrogel Enables Interfacial Coupling for Continuous Temperature Monitoring”为题发表在《Advanced Functional Materials》上，北京林业大学杨俊研究组博士生郝三伟和硕士生戴仁刚（已毕业，目前就职于华熙生物科技股份有限公司）等人共同参与完成，该项研究获得北京林业大学热点追踪项目和制浆造纸工程国家重点实验室开放基金支持。

原文链接： https://doi.org/10.1002/adfm.202302840

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（责任编辑：xu）

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