导电水凝胶一直存在内摩擦高、滞后现象大、准确预测物理变形能力低等问题,严重制约了其在智能可穿戴设备中的应用。为了解决这些问题,溶剂分子通过桥接效应定向插入聚合物分子链中,以有效降低分子内摩擦。近日,科研人员还结合了溶胀以消除水凝胶系统中的临时缠结。桥接和溶胀效应之间的合作赋予制备的聚丙烯酰胺(PAM)/锂皂石/H3BO3/乙二醇(Eg)有机水凝胶(PLBOH)超低滞后(1.38%,ε = 100%),超快响应(≈10 ms),和 在整个应变范围内具有高线性度 (R2 = 0.996),具有很高的灵敏度(在 0–750% 的应变范围内 GF = 2.68)。同时,所制备的PL10B30OH表现出长期稳定性、优异的拉伸性和低耗散能。 此外,组装好的摩擦纳米发电机 (TENG) 具有出色的能量收集性能,输出电压为 200 V,尺寸为 20 mm × 20 mm。组装的应变传感器可以监测面部表情的小应变和人体运动的大应变,表明在恶劣环境条件下自供电智能柔性可穿戴电子产品的巨大应用。
图1 a) PLBOH 的制造过程及其内部相互作用的示意图。b) PAMH、PLH、PLBH 和 PL10B30OH 的 FTIR 光谱。c) PAMH、PLH、PLBH 和 PL10B30OH 的储能模量 (G') 和损耗模量 (G″),在 1% 的应变下通过扫描角频率进行测试。
图4不同水凝胶的抗冻性能。
图5 基于 PL10B30OH 的应变传感器在监测人体运动方面的性能。
相关论文以题为Multifunctional Organohydrogel with Ultralow-Hysteresis, Ultrafast-Response, and Whole-Strain-Range Linearity for Self-Powered Sensors发表在《Advanced Functional Materials》上。通讯作者是湖南工业大学经鑫教授。
参考文献:
doi.org/10.1002/adfm.202213895
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