四川大学宋飞教授团队 CEJ：基于防冻可拉伸有机水凝胶电极的自供电传感器用于低温下机器手运行监测

2023-11-16 来源：高分子科技

随着物联网的快速发展，在工业生产、矿产开采、生物医学等领域中使用智能机器人取代传统人力已成为一种趋势。因而，实时准确监测其工作状态显得尤为重要，迫切需要开发多功能、高性能的传感器来满足这一需求。近年来，柔性摩擦纳米发电机（TENG）作为一种新型自供电能量转换装置，因其重量轻、成本低、无需外部电池供电等优势而备受关注。然而，作为TENG的关键模块，电极材料的可拉伸性与极端低温耐受性是影响应用的关键因素，相关性能仍亟需提升。

四川大学化学学院环保型高分子材料国家地方联合工程实验室宋飞教授团队近期报道了一种二元纳米材料功能化方法，开发了一种防冻、高拉伸和高机械强度的导电纳米复合聚乙烯醇有机水凝胶（CMPG）。其中，一维纤维素纳米纤维可以赋予有机水凝胶高机械性能（3.2 MPa和866%），而且其可通过与二维材料MXene的几何协同和分子相互作用提供高电导性能（8.7 S/m）。该CMPG在-20°C环境中仍可保持良好的机械性能（2.7 MPa和820%）和导电性（6.2 S/m）。利用该CMPG构建的TENG表现出~120 mW m^-2的峰值功率密度，且可在-20 °C下稳定运行超过15000次。该TENG可用于自供电监测机器手的工作状态，通过无线传输获得实时电信号，区分机器手抓取物体的大小和材质，在智能机器人监测系统方面展现出良好的应用前景。

图1.防冻可拉伸有机水凝胶基TENG的构建及自供电监测机器手工作状态的设计。

图2.有机水凝胶在低温下的力学性能和导电性。

图3. 有机水凝胶基TENG自供电监测机器手低温工作状态的应用展示。

该工作以“Binary-1D/2D nanomaterial-functionalization toward strong, stretchable, and anti-freezing electrically conductive organohydrogels for self-powered operation monitoring of robotic hand”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。论文第一作者是四川大学硕士生周洁，通讯作者是宋飞教授。该工作获得国家自然科学基金联合基金重点项目(U21A2096)和高分子材料工程国家重点实验室探索项目支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147317

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（责任编辑：xu）

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