導電水凝膠是用於可穿戴感測器的有前途的多功能材料,但它們的實際應用需要難以實現的綜合性能。
西北工業大學範曉東
教授開發了一種基於導電覆合水凝膠的雙層結構柔性可穿戴感測器,
其外層為有機矽彈性體(Ecoflex)/二氧化矽微粒複合膜,內層為 P(AAm-co-HEMA)-MXene-AgNPs水凝膠
。透過在水凝膠聚合物表面共價交聯有機矽彈性體,作者在 P( AAm- co-HEMA)-MXene-AgNPs水凝膠上結合了一層薄的 Ecoflex 膜(100 μm),具有堅固的介面,可以很容易地粘附到Ecoflex/SiO2微粒複合膜。Ecoflex/SiO2微粒複合膜賦予應變可穿戴感測器超疏水功能,可在拉伸或彎曲下保持穩定性,
在0%~100%的拉伸應變ε下,CA大於150°,彎曲角度大於13°時,水滴無法停留在表面
。而且,該薄膜可以有效遮蔽水滴甚至水流的電訊號。P(AAm-co-HEMA)-MXene-AgNPs水凝膠表現出優異的抗菌活性,
可抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌,甚至耐藥大腸桿菌
。此外,柔性可穿戴感測器透過改變水凝膠的反應溫度表現出良好的自粘效能,並且
可以牢固地粘附在各種材料上
。這種穿戴式應變感測器集多種功能於一身,提高了實際應用的便利性。作者認為,製造多功能導電覆合水凝膠的策略將有助於應變可穿戴感測器在潮溼環境中的廣泛應用。
圖 1。 複合水凝膠感測器合成示意圖。
圖 9。 人體活動監測。(A) 食指彎曲。(B) 肘部彎曲。(C) 膝關節運動(下蹲)。(D) 彎曲度分別為 30°、60° 和 90° 的頸部運動。(E) 皺眉動作。(F) 喉嚨運動(說話)。
圖 10。 複合水凝膠的抗干擾性能。(A) 無超疏水膜的可穿戴感測器受連續水滴乾擾時的電阻變化。(B、C、D) 具有超疏水薄膜的可穿戴感測器在連續水滴、間歇水滴和水流乾擾下的電阻變化。(E, F) 在水流乾擾下監測皺眉時,測試了沒有和有超疏水膜的感測器的電阻變化。
相關論文以題為
Antiliquid-Interfering, Antibacteria, and Adhesive Wearable Strain Sensor Based on Superhydrophobic and Conductive Composite Hydrogel
發表在《
ACS Appl. Mater. Interfaces
》上。
通訊作者
是
西北工業大學範曉東教授
。
參考文獻:
doi。org/10。1021/acsami。1c15052