华南理工大学王小慧、王蕾团队 Chem. Eng. J.：激光直写复合蜂窝纸基多功能传感平台

2023-12-30 来源：高分子科技

近年来，基于纸张的可穿戴传感器因其广泛可得性和舒适的佩戴性而备受关注。纸张具有良好的湿度和空气透过性，能够迅速吸收汗液，成为进一步分析的理想基质。研究人员在纸张上开发了物理和化学信号传感电极，采用混合材料附着在纸张表面，以实现即时诊断。然而，要实现多功能传感器的集成，还需要添加金属连接和信号放大器等额外组件。这些组件在可穿戴过程中会遭受机械变形；浸泡在含有细菌、盐、尿素和乳酸等腐蚀性物质的复杂汗液中时，会对传感器的性能产生严重影响。因此，如何在纸基平台上同一图案上同时实现全面稳健的化学和物理参数监测仍然是一个巨大的挑战。

图1 基于激光直写制备复合蜂窝纸的抗干扰多功能物化传感平台

近期，华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室王小慧教授、王蕾副教授团队设计了一种新颖的复合纸基平台，它采用了蜂窝状的多孔结构，由氧化石墨烯和细菌纤维素组成。通过可规模制造的造纸技术和激光直写相结合，形成了这种特殊的结构，并通过分子键将还原氧化石墨烯连接在一起。这种蜂窝状结构内的导电通道对应变具有精确的应变响应能力（图2），而靠近还原氧化石墨烯的微环境则极大地提高了生物化学分析的灵敏度（图3）。这项研究通过将pH敏感聚合物集成到纸基平台上，实现了在运动中连续监测姿势和汗液pH值的多功能传感器，同时实现了按需刺激检测，并展现出了和离位测试相近的精度（图4）。这项研究为纸基多诊断无干扰监测提供了一种新的解决方案，为全面健康监测提供了可持续和有效的手段。该工作以“Multifunctional flexible graphene oxide/bacterial cellulose composite paper platforms for realtime monitoring sweat and strain in wearable devices”为题发表在《Chem. Eng. J.》上（Chem. Eng. J. 2023, DOI: 10.1016/j.cej.2023.148390）。文章第一作者是华南理工大学王成博士。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省卓越青年团队项目和华南理工大学中央高校基金等项目的支持。

图2 复合蜂窝纸形成机理及其应变传感机理及性能

图3 复合蜂窝纸增强汗液pH传感机理及其良好的传感选择特性

图4 纸基传感平台及其与柔性锂电池集成

该工作是团队近期关于纸基柔性电子相关研究的最新进展之一。在过去的两年中，团队分别开发了剪纸法（Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp.，2023，673, 131855; npj Flex. Electron., 2022, 6, 12）和溶液保护激光直写法（ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 9782–9791）来低成本制备高性能图案化的纸基传感电极。同时，团队王蕾副教授及其合作者在高性能织物和纸基柔性电池电极及其活性材料研发上也取得了一系列重要进展（Adv. Energy Mater., 2023, 2303088；Adv. Energy Mater., 2023, Accept; Adv. Mater.,2023, 35: 2211748；Cell Reports Physical Science, 2023, 4, 101463；Chem. Eng. J., 2022, 446, 137050等），为后续可穿戴器件的高性能集成应用提供了良好的基础。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472307122X

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻