水凝胶传感器在智能穿戴、柔性电子设备、生物工程等多交叉领域有重要的应用前景。然而,水凝胶传感器通常存在制备复杂、力学性能差、抗疲劳性差、响应速度慢、缺乏有效回收策略等缺点。此外,实际应用时,通常需要将诸如拉伸性、强韧性、大形变下低滞后等相互冲突的机械性能集成到系统中,这些都严重制约着水凝胶传感器的发展和应用。
基于此,西华师范大学刘琦课题组与北京交通大学张兴华教授合作报道了以g-C3N4作为唯一光引发剂,在可见光下,原位快速引发制备低滞后、高回弹和可回收的异质结构水凝胶(TCPH)。并论证了g-C3N4的原位引发-原位纠缠的水凝胶增强机制。在使用阶段,TCPH传感器表现出优异的回弹性、低的能量耗散、理想的柔韧性、出色的抗疲劳、高导电性和快速响应能力。在TCPH寿命末期(End-of-Life, EOL),利用g-C3N4的光降解能力和水凝胶基质的吸附功能之间的协同作用,TCPH废弃物可转化为水修复材料,实现对水中有机污染物快速降解。
总之,该工作基于g-C3N4作为光引发剂,在可见光下引发聚合,快速大规模制备出强韧、灵敏和可回收的水凝胶传感器。该策略以g-C3N4作为TCPH水凝胶的关键模块,致力于在材料的功能性和可持续性之间取得平衡,有效降低制造能耗,提高工作性能,并最大限度地减少资源浪费和环境危害。
以上研究成果近期以“Rapid Preparation Triggered by Visible Light for Tough Hydrogel Sensors with Low Hysteresis and High Elasticity: Mechanism, Use and Recycle-by-Design”为题发表在国际知名期刊《Small》(DOI:10.1002/smll.202311647)。
论文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202311647
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