湖北大学张玉红课题组/武汉工程大学江学良 ACS AMI：具有高透明、可拉伸、环境耐受性和高灵敏度的水凝胶用于柔性传感器和电容笔

2023-11-12 来源：高分子科技

离子导电水凝胶在多功能传感器的应用前景引起了科学界的广泛兴趣。与传统传感器相比，水凝胶可以克服韧性和弹性方面等缺点。基于水凝胶的应变传感器在可拉伸性、柔韧性、粘性和可调节的弹性模量等方面具有一定的优势，并且更容易附着在人体皮肤表面完成运动实时监测。因此，水凝胶适合作为可穿戴电子产品的核心材料。但目前的大多数材料很难兼具卓越的机械性能、高导电性、透明度、灵敏度、良好的自恢复疲劳特性以及其他多功能特性，因此，构筑新型多功能离子导电水凝胶对可穿戴设备、人工智能、人机交互和 3D 打印等新兴技术的应用都具有重要的意义。

近日，湖北大学张玉红教授课题组和武汉工程大学江学良教授基于前期工作基于配位键、氢键等相互作用构建多功能水凝胶（Compos Part B-Eng 2022, 230: 109528; J Mater Chem C 2020,8: 2827; 2020, 8: 17349; Chem Eng J, 2020, 382: 122925; 2019, 361: 364; 2018,354:1185）的基础上，提出采用一锅法在紫外线照射下制备聚（丙烯酰胺-丙烯酸）/明胶/甘油-Al³⁺（PG₁G₂A）离子导电水凝胶。得到的PG₁G₂A离子导电水凝胶具有高抗拉强度（539.18 kPa），优异的拉伸性能（1412.96%），良好的快速自恢复和抗疲劳性，高透明度（>80%），出色的保湿性和防冻性/干燥性能。此外，基于离子导电水凝胶的应变传感器还能对机械刺激做出响应并产生准确、稳定且可回收的电信号，具有出色的灵敏度（GF 5.81）。该PG₁G₂A水凝胶可用作柔性可穿戴设备，监测人体不同部位在不同温度下的多种应变和细微运动。有趣的是，嵌入模具中的PG₁G₂A水凝胶电容笔可用于在手机或平板电脑的屏幕上书写和绘画。这种新型多功能离子导电水凝胶在电子皮肤、运动监测和人机交互等领域具有广阔的应用前景。

图 1：PG₁G₂A 离子有机水凝胶的合成示意图

图2：PG₁G₂A 水凝胶传感器用于人体运动监测和电容笔

该研究以题为“Transparent, High Stretchable, Environmental Tolerance, and Excellent Sensitivity Hydrogel for Flexible Sensors and Capacitive Pens”的论文发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。硕士生肖彦雯和鲁程程为论文共同第一作者，湖北大学张玉红教授、陈朝霞副教授以及武汉工程大学的江学良教授为通讯作者。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/acsami.3c08949

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（责任编辑：xu）

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