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科學(xué)研究

輕工學(xué)院張素風(fēng)教授在國際頂級(jí)期刊 《Advanced Functional Materials》上發(fā)表論文

2022-06-15 17:06 文、圖/輕工學(xué)院 點(diǎn)擊:[]

近日,我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院張素風(fēng)教授團(tuán)隊(duì)在國際材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Advanced Functional Materials》(IF=19.924)上發(fā)表題為“Super Stretchable, Self-Healing, Adhesive Ionic Conductive Hydrogels Based on Tailor-Made Ionic Liquid for High-Performance Strain Sensors”的研究論文。

近年來,柔軟、靈活和智能的離子導(dǎo)電水凝膠具有優(yōu)異的機(jī)械性能和穩(wěn)定性、高靈敏度和導(dǎo)電性,在可穿戴設(shè)備、可植入器件、軟機(jī)器人、人造皮膚以及人機(jī)交互系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。然而,通過簡單一步法構(gòu)筑同時(shí)具有優(yōu)異機(jī)械性能、高離子導(dǎo)電率、自修復(fù)、自粘附、保水性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。有鑒于此,該論文通過設(shè)計(jì)一種多功能性苯硼酸離子液體(PBA-IL)單體,在納米纖維素(CNF)存在下,通過PBA-IL/丙烯酰胺(AM)一步聚合法,制備了一種具有半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的離子導(dǎo)電水凝膠(PAM/PBA-IL/CNF),該離子導(dǎo)電水凝膠能同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異機(jī)械性、導(dǎo)電性和多功能性的集成。我校為論文的唯一通訊單位,2019級(jí)碩士研究生姚雪為第一作者,張素風(fēng)教授和錢立偉副教授為該論文的共同通訊作者。

PBA-IL和PAM/PBA-IL/CNF水凝膠的設(shè)計(jì)

PAM/PBA-IL/CNF水凝膠應(yīng)變傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)

該研究中,多功能PBA-IL單體具有以下特點(diǎn):(i)苯硼酸基團(tuán)和順式二醇結(jié)構(gòu)可形成動(dòng)態(tài)硼酸酯鍵;(ii)咪唑鹽的結(jié)構(gòu)增加了水凝膠的離子電導(dǎo)率,并與系統(tǒng)中的其他組分產(chǎn)生氫鍵和靜電相互作用;(iii)咪唑陽離子中的乙烯基促進(jìn)水凝膠網(wǎng)絡(luò)中多功能單體的強(qiáng)鍵合。此外,CNFs一方面作為應(yīng)力增強(qiáng)相提高水凝膠力學(xué)性能;另一方面,CNFs表面的負(fù)羧基也促進(jìn)了反離子的遷移,從而提高了離子電導(dǎo)率。該論文通過簡單一步法制備的離子導(dǎo)電水凝膠傳感器顯示出優(yōu)異的綜合性能:(i)巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和交聯(lián),無需使用復(fù)雜的組件,(ii)電氣和機(jī)械性能之間的良好平衡,以及(iii)優(yōu)異的粘附性、自修復(fù)性、保水性和透明度。

該論文報(bào)道的PAM/PBA-IL/CNF水凝膠為設(shè)計(jì)高性能和多功能傳感器提供了一種新策略。

文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202204565

(核稿:劉國棟 編輯:劉倩)

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