陕科大王学川/刘新华 JMCA：“三明治”型皮革复合智能电子地板

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近日，陕西科技大学生物质与功能材料研究所王学川/刘新华等报道了一种具有超强粘附性、自愈合性和电活性的明胶基复合导电粘合水凝胶，并用于 “三明治”型皮革复合智能电子地板的制造。相关研究成果发表于国际材料领域顶级期刊Journal of Materials Chemistry A上。

图1 明胶基复合导电粘合水凝胶的制备原理图

随着人工智能技术的发展，智能家居在提高人们生活质量和健康方面发挥着越来越重要的作用。其中智能电子传感地板是实现实时追踪地板上方人体运动监测的重要手段之一。本文将生物质明胶（Gel）与壳聚糖(Cs)、丙烯酰胺(AM)、多壁碳纳米管(MWCNTs)、三氯化铁（FeCl₃）通过简单的“一锅法”复合合成了一系列具有超强粘接性、自愈合性和电活性的明胶基复合导电粘合水凝胶（CAM-Gels），并将其作为导电胶层用于三明治启发的皮革复合智能电子地板（e-floor）的制造。综合实验证明，丰富的活性基团和组分间的粘结性赋予了CAM-Gels对各种基材的粘附能力。CAM-Gels在天然皮肤上表现出超强的粘接强度，明显优于目前已报道的聚氨酯胶粘剂、生物基胶粘剂和贻贝类胶粘剂。CAM-Gels由于具有动态可逆的物理交联作用，表现出按需的自修复能力。同时，CAM-Gels对大规模和小规模的人类活动进行了精确的实时监测，显示了其在传感器电子学方面的巨大潜力。此外，所设计的智能电子传感地板显示出可重复且有规律的电信号，证实了该电子地板可以准确地跟踪人们的日常活动。

图2 明胶基复合导电粘合水凝胶的粘接机理与性能

图3 皮革复合智能电子地板制备和应用

图3为智能电子地板的制备过程和应用。该智能电子地板是由羊皮革、明胶基复合导电粘合水凝胶和木材自上而下组装而成的三明治式传感器（图3a、b)。CAM-Gel的双面自粘合性使水凝胶不需要额外的就能牢固地粘附在皮革和木材上。志愿者在地板上运动时的实时阻力变化，展示了可重复且有规律的电信号，同时该电子地板可以重复识别人体的不同运动证明了CAM-Gel作为智能地板导电层的可靠性。

当然，该工作的研究人员也认为这种电子地板目前仍不是特别成熟，在实际推广应用中存在着缺陷。例如：（1）水凝胶基地板应考虑耐候性，因为水凝胶在环境条件下容易因干燥和冻结而失去其功能；（2）整个器件在没有外部工作电源的情况下无法工作，严重限制了实际应用。因此，相关的研究工作他们也正在不断地改进和完善。但相信，本研究提出的皮革复合智能电子传感地板有望为皮革基电子产品开辟新的领域，可为传统皮革可持续发展和升级转型提供新的思路，同时为智能家具的制造提供一定借鉴。

相关成果以“Ultra-strong adhesive, self-healing and electroactive bio-based hydrogels for on-demand fabrication of sandwich-inspired smart electronic sensing floor”为题发表在Journal of Materials Chemistry A（DOI: 10.1039/D2TA03782C）上。陕西科技大学博士研究生邹晓亮为第一作者，王学川教授和刘新华副教授为本论文的通讯作者。感谢陕西省重点研发计划项目（2022GY-272）、教育部“蓝火计划”（惠州）产学研联合创新资金项目（CXZJHZ201801）、陕西省青年人才托举计划项目（20200424）和中国博士后基金面上项目（2021M692000）对本工作的大力支持！

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D2TA03782C

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