安徽理工大学张晓勇团队《Mater. Horiz.》：“奇思妙想”限制PNIPAM水凝胶相变过程引发的体积变化

2023-11-22 来源：高分子科技

近年来，基于聚n -异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)的柔性电子器件的连续温度监测取得了快速发展，克服了传统刚性材料的缺点。然而，它的相变引起的体积变化和粘附性差仍然是限制其应用的主要原因。因此用最简单的方法构建一层网状支架，通过原位调节网状支架的网格大小限制水凝胶分子链的自由运动程度，对于解决PNIPAM水凝胶相变引起的体积变化具有重要指导意义。

图1 PSAs-MPT水凝胶的制备方法和结构特点

近期，安徽理工大学材料科学与工程学院张晓勇课题组提出了一种压敏胶(PSA)-“网状支架”基水凝胶(PSAs-MPT)策略抑制PNIPAM水凝胶相变引起的体积变化，进一步实现原位可调的机械性能和优异的粘合性能。网状支架的可逆网格密度调节了水凝胶分子链的聚集状态，从而能够将杨氏模量从6.7 kPa调整为45.3 kPa。由于具有恒定的体积温度响应性，PSAs-TMP传感器在不同的温度场景下都能表现出稳定的温度监测。此外，PSAs-TMP水凝胶可以作为可穿戴的生物运动传感器，以高灵敏度检测身体运动，它也可以组装成一个电子设备，通过莫斯电码传输信息和识别手语。这项工作促进了研究人员对聚合物分子链聚集状态对水凝胶基柔性器件多场景应用的理解，而且有望通过手语识别系统来管理需要紧急医疗护理患者的健康和健身。该工作以“A “Mesh Scaffold” that Regulates Mechanical Properties and Restricts Phase Transition-induced Volume Change of PNIPAM-Based Hydrogel for Wearable Sensors”为题发表在《Materials Horizons》上。安徽理工大学为论文第一完成单位，张晓勇博士和华东师范大学张利东教授为本论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省高等学校科学研究重点项目、安徽理工大学青年基金项目的支持。

图2 PSAs-MPT水凝胶的温敏特性和网状支架调控结构表征

图3 PSAs-MPT水凝胶的机械性能

图4 PSAs-MPT水凝胶的粘接性能

图5 PSAs-MPT水凝胶的手势识别信息

该工作是张晓勇团队近期关于水凝胶机械性能调控和提高传感稳定性&粘接性相关研究的最近进展之一。此外，水凝胶机械性能的原位可调和多场景粘接性的实现一直是该团队的重要方向研究之一。近几年，该团队目前已在Chem. Eng. J. 2023, 468, 143734, ACS Appl. Mater. & Inter. 2023, 15, 50400–50412, ACS Appl. Mater. & Inter. 2022, 14, 30256-30267, J. Colloid Interf. Sci. 2021, 585, 420-432.等期刊上发表了相关研究论文。接下来，团队将对水凝胶材料在柔性器件和智能功能实现上继续更深入的探索和研究，欢迎关注。

全文链接：https://doi.org/10.1039/D3MH01638B

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（责任编辑：xu）

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