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西安工业大学周宏伟教授课题组和陕西科技大学刘汉斌副教授课题组合作:功能凝胶材料/柔性传感器研究取得新进展
2018-04-16 来源:中国流变网    点击次数:152次    

  柔性电子材料是柔性电子器件小型化、便携化、智能化发展的基础,在显示、可穿戴设备、软体机器人和人机对接设备等方面有着广泛的应用前景。发展具有柔韧性,甚至可折叠或可拉伸的电子材料是值得研究的课题。导电高分子凝胶材料兼具柔性和导电性的特点,是柔性电子材料研究的重要方向之一。目前普遍研究的本征型导电高分子凝胶材料,如聚苯胺(PANI)凝胶、聚吡咯(PPy)凝胶、聚噻吩(PTh)凝胶,可以实现较高的电导率(0.11 S/cm)。但是,由于本征型导电高分子特殊的刚性共轭结构,使得材料的柔韧性受限。

  针对上述问题,西安工业大学周宏伟教授研究小组和陕西科技大学刘汉斌副教授课题组提出拓扑共交联双重协同网络构筑策略,发展了一种同时具有可拉伸性、温敏性和导电性的多功能凝胶材料,可进一步用于应变传感、人体运动检测(如关节弯曲、吞咽、心跳)以及温度警报体系。该凝胶材料第一重网络由聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm)温敏高分子组成,交联剂为含有可聚合双键的两亲性嵌段共聚物Pluronic F127。第二重网络由聚苯胺(PANI)导电高分子组成,植酸为掺杂剂和交联剂。两重网络之间进一步通过分子链机械互锁结合,形成“刚柔并济”的结构。该凝胶材料具有良好的温敏性、导电性、可拉伸性(290%)及较高的拉伸强度(42 kPa)。利用该凝胶构筑的应变传感器表现出高灵敏度(GF=3.9)、较低的响应时间(400 ms)和良好的抗疲劳性能。通过将凝胶接入电路,可以构筑有效且可逆的温度警报体系,实现电路保护。这项工作为多功能凝胶材料的构筑及应用提供了新的思路。

  上述研究结果已以“Dually Synergetic Network Hydrogels with Integrated Mechanical Stretchability, Thermal Responsiveness, and Electrical Conductivity for Strain Sensors and Temperature Alertors”为题,在线发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

  该工作得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、陕西省“留学人员科技活动择优资助项目”、陕西省青年人才托举计划的支持。

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b02060

 
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