江苏大学姜燕：保水、黏附、柔韧自供电石墨烯水凝胶材料！

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成果简介

石墨烯基水凝胶具有优异的吸附性、导电性、保水性和柔韧性等特点，在各个领域都有广阔的应用前景。本文，江苏大学姜燕副教授团队在《Soft Materials》期刊发表名为“Adhesive, self-healing polydopamine/reduced graphene oxide composite hydrogel for self-powered application”的论文，研究提出温和的条件下制备了聚多巴胺/还原氧化石墨烯（PDA/rGO）复合水凝胶。制备的 PDA/rGO 水凝胶具有较高的溶胀率、良好的粘附性和自愈合能力。

此外，当对填充有 NaCl 溶液的 PDA/rGO 水凝胶施加压力时，可观察到电流的产生，这表明该水凝胶具有自供电特性。PDA/rGO 水凝胶之所以能自供电，是因为水凝胶基质上的负基团能吸引 NaCl 溶液中的阳离子，从而在溶液中留下可移动的负离子。水凝胶纳米通道中由压力引起的液体流动推动流动离子通过通道迁移，产生净离子流。PDA/rGO 水凝胶的这些特性表明，这种材料有望通过收集环境机械能成为可穿戴设备的电源。

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图文导读

图 1. PDA/rGO水凝胶制备工艺示意图。

图2. 原始GO纳米片的AFM图像（a）和PDA/rGO水凝胶的SEM图像（b）

图3. 干燥PDA/rGO水凝胶和GO纳米片的XRD（a）和拉曼光谱（b）。

图4. PDA/rGO水凝胶对玻璃基板（a，b）和铜基板（c，d）的自粘性。

图5. PDA/rGO水凝胶的自修复行为（a）和切割前和自愈后的相应I-V曲线（b）。

图6. （a） 含有去离子水和NaCl溶液的PDA/rGO水凝胶的I-V曲线。（b） 压力驱动的PDA/rGO水凝胶中离子转移示意图。

图7. 含NaCl溶液的PDA/rGO水凝胶在2g负载和5g负载下的电流（a、b）和电压（c、d）响应。

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小结

综上所述，作者制备了一种PDA改性的氧化石墨烯水凝胶，并研究了该水凝胶的溶胀性、粘附性、自修复能力和自供电能力。制备的PDA/rGO水凝胶具有溶胀率高、粘附性好、自愈能力强等特点。当水凝胶与NaCl溶液一起溶胀并向水凝胶施加重量载荷时，可以产生电流并随着重量载荷的增加而增加。水凝胶中能量的产生归因于离子扩散诱导的机制。基于这些结果，PDA/rGO水凝胶可以组装成发电机设备，为柔性可穿戴设备的小型电子设备供电。本研究拓宽了PDA改性氧化石墨烯水凝胶在能量收集中的应用。

信息来源：新材料产业圈