湖南工业大学：研发低力学损耗、快速响应的导电水凝胶传感器

【湖南工业大学：研发低力学损耗、快速响应的导电水凝胶传感器】

基于水凝胶的柔性电子传感器，在医疗保健、人体运动检测和能量采集等方面发挥着关键作用。通过向柔性水凝胶基底加入不同的导电填料，包括无机非金属材料、金属纳米材料和导电聚合物，已经成功地制造出了大量的柔性导电水凝胶材料，并已成功应用于智能可穿戴设备。然而，这些导电水凝胶在整个应变范围内通常表现出低线性，残余应变，以及由于外力的高滞后引起的实时阻力抵消基线，导致准确预测物理变形的能力较差的问题。

解决这一问题的关键在于水凝胶基底的机械性能好坏。我们指导柔性材料的弹性变形和力学损耗是决定其抗拉强度和储能能力的关键因素。当材料的弹性形变高，力学损耗小的时候，就可以使得柔性材料对外界机械刺激做出及时的反应，而这是用于检测可重复日常运动的材料所必需的机械性能。许多已开发的具有良好拉伸性的导电水凝胶由于链缠结的解除和化学键破裂而难以实现良好的回弹性，并导致高力学滞后和较大的残余应变。为了解决这个问题，消除链缠结以减轻能量耗散是增强水凝胶弹性形变的可行方法。然而，在通常的化学交联水凝胶中减少的缠结总是导致低弹性模量。因此，解决水凝胶坚韧性强与降低力学损耗之间的困境迫在眉睫。

近期，湖南工业大学经鑫团队针对水凝胶坚韧性强与降低力学损耗之间的矛盾，提出了基于硼酸与乙二醇在PAM分子链之间形成连接桥梁的策略。引入的乙二醇可以作为有效的润滑剂，从而减少分子间的内摩擦。同时，溶胀效应也会消除水凝胶系统中的暂时缠结。桥效应还可以通过实现分子链之间的连接，抵消了溶胀对水凝胶力学性能的负面影响。因此，通过该策略实现的水凝胶（PLBOHs）表现出超低力学滞后、超快响应和全应变范围的线性变化。此外，乙二醇还提升了PLBOH在的耐冻性。该水凝胶组装后的应变传感器可以精确监测人体运动，并可以组装为三电极纳米发电机实现能量采集。

这种通过桥效应和溶剂置换的配合的策略，成功制备了具有优异机械性能、突出传感性能和能量收集性能的PLBOH水凝胶。由于通过桥效应使张力有效传递和溶剂溶胀消除分子链的暂时缠结，PLBOH水凝胶实现了超低滞后 （

来源：传感器专家网