东华大学侯恺/朱美芳院士《JMCA》异构/坚韧/稳定/导电/凝胶纤维基可穿戴应变传感器

【科研摘要】

在过去的几年中，可穿戴电子产品因其灵活而便携的特性而引起了人们的兴趣。其中，基于水凝胶的应变传感器具有巨大的优势，因为它们具有吸引人的特性，例如可拉伸性，皮肤顺应性，离子迁移能力和生物相容性。然而，与天然组织相比，它们的强度低，溶胀时的传感性能不稳定，以及由于疏松的交联网络引起的相对较低的响应率，仍对其应用提出了许多挑战。

最近， 东华大学 Peiling Wei / 侯恺副研究员 / 朱美芳院士 团队 报道了具有异质网络的坚韧的混合水凝胶纤维，可用于可拉伸，稳定和高性能的可穿戴应变传感器。在这种凝胶纤维中， 在粘土 /P（MEO ₂ MA-co-OEGMA-co-NIPAM）纳米复合凝 胶纤维中构建了二级聚苯胺（ PANI）疏水纳米结构导电聚合物，以实现具有高电导率（87.99 S m ^-1 ）和良好的抗溶胀性。此外，异质结构凝胶纤维之间的多分子相互作用使它们具有高断裂能（172.43 kJ m ^-2 ）和出色的拉伸强度（7.21 MPa）。

此外，这种混合凝胶纤维允许整合到传统的织物中，以在多种环境中（在空气/潮湿条件下或在水下）快速而灵敏地监测人类的运动和生理信号。人们相信，这种混合凝胶纤维将为设计和制造用于健康监测，创新电子技术和人机交互的可穿戴式和植入式传感器创造新的机会。 相关论文以题为 Heterogeneous structured tough conductive gel fibres for stable and high-performance wearable strain sensors 发表在《 Journal of Materials Chemistry A 》上。

【主图导读】

图 1. PANI/PMON杂化凝胶纤维的制备。

图 2 . 凝胶纤维的结构和组成表征。

图 3. PANI/PMON杂化凝胶纤维的机械性能。

图 4. PANI-6/PMON混合凝胶纤维的机械-电气响应。

图 5：PANI-6/PMON混合凝胶纤维集成织物用于监测人体运动和压力感应的柔性阵列传感器的实时相对电阻变化。

图 6 . 在液体环境中对PANI-6/PMON杂化凝胶纤维的机械感测。

【总结】

团队提出了具有异质网络的强韧导电性 PANI/PMON杂化凝胶纤维，以实现感觉功能。得益于多分子相互作用以及协同的疏水性和亲水性网络结构，此类混合凝胶纤维具有机械耐久性，液体环境稳定性和宽应变响应性能，然后可以有效且协同地集成到基于凝胶纤维的柔性可穿戴传感器中。 值得注意的是，这些基于混合凝胶纤维的传感器不受复杂液体环境（例如水和盐水）的干扰，有助于在空气/潮湿条件下稳定，超灵敏地实时监测人体运动和生理信号。 团队 非常希望这样的PANI/PMON混合凝胶纤维能够很好地用作可穿戴和植入式传感器，用于健康监 测，创新的电子产品和人机交互。

参考文献 ： doi.org/10.1039/D1TA02422A

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【往期回顾】

【1】 《Science Advances》康奈尔大学马明林：可细胞递送的水凝胶反向呼吸封装系统

【2】《大分子》浙大吴子良/郑强/杜淼，华工孙桃林：氢键缔合介导的韧性超分子水凝胶的动力学和粘弹性

【3】 台湾大学徐善慧《材料化学》分层胶束结构和快速粘合性的可注射酚醛-壳聚糖自修复水凝胶

【4】 《AFM》北化刘惠玉/郭新东：NIR激光触发的微针液体创可贴，用于伤口护理