近年来，由于各向异性和各向同性结构的独特性质，对各向异性水凝胶的研究越来越多。科研人员 通过定向扩散氯化铝溶液制备了梯度各向异性羧甲基纤维素水凝胶 (CMC-Al 3+ )。羧甲基纤维素 (CMC) 链的方向与铝离子扩散方向垂直。交联度和取向度沿铝离子扩散方向逐渐降低。 与其他方法制备的各向异性水凝胶相比，定向扩散铝离子溶液制备的水凝胶具有梯度层状结构。由于CMC-Al 3+ 中含有大量的铝离子，水凝胶表现出良好的传感性能。CMC-Al 3+ 采用PVC电工阻燃胶带封装制作应变传感器，用于检测人体微小动作，可准确、稳定地监测 微小动作。未来基于水凝胶的应变传感器可广泛应用于人机智能、人机交互和可穿戴设备等领域。
图 1. (a) 透析前后的 CMC 分子结构。(b) CMC溶胶在Al 3+ 溶液中渗析制备CMC-Al 3+ 的机理示意图。(c) CMC-Al 3+ 的 Al 3+ 扩散示意图。(d) 凝胶中 Al 3+ 不同扩散区域的偏振图像。
图 2. (a) 孔方向的 SEM 图像。(b) 层状结构方向的 SEM 图像。(c) 定向 CMC 链的 SEM 图像。
图 3. (a) 交叉偏振器示意图。(b) CMC-Al 3+ 各向异性在 45° 角的交叉偏振器图像。(c) 角度为 0° 时 CMC-Al 3+ 各向异性的交叉偏振器图像。
图 4. (a) CMC 和 CMC-Al 3+ 的 FTIR 光谱。(b) CMC 和 CMC-Al 3+ 宽扫描的 XPS。(c) CMC C1s 窄扫描曲线的 XPS。(d) CMC O1s 窄扫描曲线的 XPS。(e) CMC-Al 3+ O1s 窄扫描曲线的 XPS。
图 5. (a) 不同结构的 CMC-Al 3+ 的压缩曲线。(b) 循环加载-卸载试验的 CMC-Al 3+ 加载应力曲线。(c) CMC-Al 3+ 的应力松弛曲线。
图 6. (a) 应变传感器的循环感应曲线。(b) 应变传感器的响应/恢复时间曲线。(c) 应变传感器应变系数比较图。
图 7. (a) CMC-Al 3+ 应变传感器与手指微控制压缩。(b) 由手指不同程度弯曲引起的 CMC-Al 3+ 应变传感器。(c) CMC-Al 3+ 的应变传感器由手臂不同程度的弯曲引起。
相关论文以题为 Gradient Diffusion Anisotropic Carboxymethyl Cellulose Hydrogels for Strain Sensors 发表在 《B iomacromolecules 》 上。 通讯作者 是 南京林业大学 徐朝阳教授 。
参考文献 ：
doi.org/10.1021/acs.biomac.1c01003
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