郑州大学申长雨院士、刘春太教授团队《Adv. Sci.》：表面改性的超枝化二氧化硅用于制备低迟滞超快响应的柔性可穿戴应变传感器

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导电水凝胶在可穿戴传感器、医疗监控和电子皮肤等领域显示出巨大的潜力。传统的水凝胶力学性能弱，在拉伸过程中经常破裂；这限制了它们的实际应用。近年来，人们提出了几种提高水凝胶机械强度的物理和化学方法。然而，引入双网络、无机复合材料和拓扑交联制备的高韧性水凝胶具有高迟滞性。如何制备同时兼顾高韧性和低滞后的导电水凝胶中仍然是一个巨大的挑战。

近日，郑州大学申长雨院士、刘春太教授团队的杨佩佩博士和李松伟博士课题组提出了一种将3-(三甲氧基硅基)甲基丙烯酸丙酯接枝超枝化纳米二氧化硅(TSASNs)与聚丙烯酰胺(PAM)进行链缠结和界面化学键合的策略，以制备高断裂韧性和低迟滞的水凝胶。水凝胶具有优异的机械强度(拉伸应力为80-120 kPa，断裂伸长率为900-1400%，滞后为7.96%，ε=500%)，并且能够承受多次机械循环，具有快速的回弹性。添加LiCl使PAM-TSASN-LiCl水凝胶具有优异的传感性能(测量因子=4.5)，在宽应变传感范围(1-800%)内具有快速响应(210 ms)。同时合成的离子导电水凝胶是透明的，并粘附在人体皮肤上。PAM-TSASN-LiCl水凝胶已被用于构建高性能传感器，可以快速稳定地检测不同类型的人体运动。因此，该工作对柔性可穿戴传感器领域有很大的贡献，可以促进其实际应用。

图1. PAM-TSASN水凝胶的制备与表征

图2. 冻干后不同水凝胶和二氧化硅纳米颗粒的SEM图像

图3. PAM-TSASN的力学性能

图4. PAM-TSASN-LiCl水凝胶的制备和力学性能

图5. PAM-TSASN₂-LiCl₅水凝胶的粘附性能

图6. PAM-TSASN₂-LiCl₅水凝胶的拉伸传感性能

图7. PAM-TSASN₂-LiCl₅水凝胶的压缩传感性能

图8. PAM-TSASN₂-LiCl₅水凝胶传感器用于监测不同的人体运动

相关成果以“Surface Modification of Super Arborized Silica for Flexible and Wearable Ultrafast-Response Strain Sensors with Low Hysteresis”为题发表在《Advanced Science》。文章第一作者是郑州大学硕士研究生韩少伟，通讯作者为郑州大学的杨佩佩博士和李松伟博士。该研究得到了国家自然科学基金项目和国家重点研发计划项目的支持。

全文链接：

http://doi.org/10.1002/advs.202301713

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