- 一種導電自修復水凝膠，用于制造柔性傳感器
- 來源：英格麗·法德利 ， Phys.org 發表于 2023/6/9
（a） 水凝膠自愈機理示意圖;（b）水凝膠在不同時間的自修復率243;（三）水凝膠自修復演示過程;（d） 244 用水凝膠多重愈合的自愈作用。圖片來源：王等
電子領域的新進展使得能夠創建更小、越來越復雜的設備，包括可穿戴技術、生物傳感器、醫療植入物和軟機器人。這些技術中的大多數都基于具有電子特性的彈性材料。
雖然材料科學家已經推出了各種可用于制造電子產品的柔性材料，但其中許多材料都很脆弱，很容易損壞。由于材料的損壞可能導致其故障，同時也會影響它們所集成的系統的整體功能，因此幾種現有的軟材料和導電材料最終可能不可靠且不適合大規模實施。
中國哈爾濱理工大學的研究人員近期開發出一種新的導電和自修復水凝膠，可用于為可穿戴設備，機器人或其他設備制造柔性傳感器。這種材料及其成分在《科學雜志：先進材料和設備》中進行了概述。
“在本文中，聚乙烯醇（PVA）和4-羧基苯甲醛（CBA）用于形成雙網絡骨架，并引入聚苯胺（PANI）來組裝具有良好自愈性能的柔性傳感器，”Xiaoming Wang，Ling Weng和他們的同事在他們的論文中寫道。“PVA和CBA的疏水結合保證了水凝膠傳感器的機械性能，PANI的引入為水凝膠傳感器帶來了電性能。
Wang，Weng和他們的同事通過將CBA（一種由醛和羧酸取代的苯環組成的有機化合物）引入PVA（一種水溶性合成聚合物）并通過靜電相互作用添加導電聚合物PANI來創建他們的材料。在最初的測試中，他們發現這種材料具有顯著的機械性能，并且在損壞后可以自行愈合。此外，它可以達到4.35 Mpa的最大應力和380%的最大應變。
然后，研究人員使用這種材料制造了一種應變傳感器，這是一種傳感裝置，可以檢測來自周圍環境的外力和施加的壓力。該傳感器的性能非常好，既可以測量小的變形信號，例如佩戴者咳嗽或說話，也可以測量更劇烈的身體運動。
“本文制備的柔性傳感器在1-71%的應變范圍內具有0.300的靈敏度，極限檢測應變小于1%，”Wang，Weng及其同事在他們的論文中寫道。“拉伸過程中水凝膠傳感器的響應時間為158毫秒。此外，水凝膠傳感器還具有自愈性能。在室溫下，水凝膠切割后，只需一分鐘即可完成修復，自愈率約為60%。
未來，這組研究人員創造的水凝膠可用于開發各種其他傳感器和可穿戴電子設備，例如可以檢測人體運動的傳感器或監測特定生物信號的醫療設備。此外，他們的工作可以為開發具有自愈特性的類似柔性和導電水凝膠鋪平道路。
更多信息：王曉明等，構建用于柔性傳感器的導電和機械強度自修復水凝膠，科學雜志：先進材料與器件（2023）。DOI： 10.1016/j.jsamd.2023.100563
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