查看原文
其他

《Adv. Funct. Mater.》:超薄双网络纤维素水凝胶用于构建光学感应量具

老酒高分子 高分子科技 2021-04-21
点击上方“蓝字” 一键订阅

基于天然高分子的柔性感应器因其良好的力学响应能力而具有广泛的应用前景。目前大部分感应器均将力学响应转换为电信号输出。虽然响应速度快,灵敏度高,但需要配备相应的电信号输出装置,不易于携带。武汉大学周金平教授研究团队和墨尔本大学Paul Mulvaney教授研究团队合作,利用超薄的双网络纤维素水凝胶开发了一种基于法布里—珀罗(F-P)干涉腔的力学-光学感应器。将水凝胶的力学结构变化直接转换为光学响应,通过感应器的颜色变化指示水凝胶湿度的改变(图1)。

“金属-绝缘层-金属”结构是一种典型的F-P干涉腔。在干涉腔内,入射光与反射光会发生干涉,产生明亮的干涉条纹,其干涉条纹的相位差(δ)与干涉腔的厚度(d)相关基于此,当相位差一定时,通过改变纤维素水凝胶含水量来得到不同的厚度(d)和不同的折射率(n),从而得到一系列不同波长的反射光(λ)。由于纤维素水凝胶本身具有的超强吸水性,其厚度变化可高达250%,所产生的光谱变化可以涵盖全部可见光区,从而使感应器具有直接鲜明的颜色变化响应。经COMSOL对该光学结构进行模拟证明此感应器具有较高的准确性,可以作为可靠的光学量具。


图1. 基于不同厚度水凝胶的F-P光学感应器。


并且,通过控制纤维素水凝胶的化学交联度则可以得到具有不同光谱相应范围的感应器。随着化学交联度的增加,水凝胶的吸水能力也随之增加,从而具有更大的光谱响应范围(图2)。同时,纤维素水凝胶光学感应器还具有良好的重复使用性和化学稳定性,对环境湿度变化具有响应能力。


图2. 不同化学交联度的水凝胶感应器的二维反射光谱图及冻干水凝胶层的扫描电镜图(a和d:ECH:AGU=1;b和e:ECH:AGU=3)、(c)由COMSOL模拟的水凝胶感应器的二维反射光谱图和不同化学交联度的水凝胶溶胀率随时间的变化关系。


相关成果以“An Optically Responsive Soft Etalon Based on Ultrathin Cellulose Hydrogels”为题(DOI:10.1002/adfm.201904290),发表于材料领域权威期刊《Advanced Functional Materials》上。武汉大学化学与分子科学学院博士生东玥为第一作者,武汉大学化学与分子科学学院周金平教授、墨尔本大学化学院Paul Mulvaney教授为共同通讯作者。该工作获得国家自然科学基金、澳大利亚研究理事会、国家留学基金委、洪堡基金会等的资助。


论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201904290


相关进展

南京林业大学姚建峰教授团队和何明教授团队在纤维素抗冻水凝胶研究领域取得突破性进展

武汉大学张俐娜院士课题组在高强度纤维素水凝胶领域取得一系列成果

北京林业大学杨俊副教授课题组在自愈合纳米纤维素复合水凝胶方面取得系列进展

东南大学赵远锦教授团队利用微流控技术开发出一种功能性维生素 MOF 水凝胶微纤维

武汉大学张俐娜教授和清华大学危岩教授:用于控制释放和3D细胞培养的高效自愈合和双重响应性纤维素基水凝胶

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享,刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:info@polymer.cn

关注高分子科学技术 👉


长按二维码关注

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件(论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等)至info@polymer.cn,并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送,并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求,陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群,也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群,全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群,请先加审核微信号PolymerChina
(或长按下方二维码),并请一定注明:高分子+姓名+单位+职称(或学位)+领域(或行业),否则不予受理,资格经过审核后入相关专业群。

这里“阅读原文”,查看更多


    您可能也对以下帖子感兴趣

    文章有问题?点此查看未经处理的缓存