福州大学赖跃坤教授、黄剑英教授ACS AMI封面：用于人体运动检测的水下多功能超疏水传感器

点击蓝字关注我们

随着科技的进步，人类对新材料的需求不断增长。具有防水、防雾、自清洁、抗菌、导电性和导热性等功能的新材料已经成功开发。导电棉被广泛用于可穿戴电子、电磁屏蔽、电加热等领域。导电棉通常是通过将导线直接编织到织物上或在织物上施加一层涂层来构造的。然而，在长期使用过程中，酸、碱溶液等腐蚀性物质会引起导电材料的分解或氧化，从而降低导电性，影响其长期使用。

超疏水表面可以有效地排斥液体，并在自清洁、液体运输和油水分离方面具有广泛的应用。在导电涂层上构造超疏水表面将改善材料在腐蚀性环境中的耐久性，因此，超疏水导电材料近年来受到广泛关注。作为研究热点，碳纳米管和石墨烯由于其良好的导电性、优异的固有载流子迁移率、高化学稳定性以及易于功能化而经常被用作导电材料。目前，在不影响导电性的情况下，新材料的设计和超疏水表面的构造仍然是一个活跃的领域，需要进行更多的创新研究。

基于此，福州大学赖跃坤和黄剑英教授课题组在国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces (IF 8.758)上发表题为“Underwater, Multifunctional Superhydrophobic Sensor for Human Motion Detection”的研究论文，通过简便的浸涂和原位生长方法制造了超疏水性和高导电性棉布。第一作者为倪艺萌同学。

研究人员通过简便的浸涂和原位生长方法制造了超疏水性和高导电性棉布。所得的超疏水性导电棉具有优异的防水性能（水接触角（WCA）=153^o）、耐腐蚀性、优异的自清洁性能和化学稳定性。

此外，它还可以用作传感器，通过电阻的变化来检测人体运动。超疏水导电棉可以放在水下以感应水下运动。已经证明了对其他人类活动的检测，包括手指弯曲、敲击杯壁以及水中的超声波振动。棉布传感器在水下环境中表现出出色的传感性能。

超疏水表面为导电织物在各种环境中工作提供了可能性，并为水下智能设备的未来设计和开发提出了新的思路。

方案1.通过环保方法构建超疏水性聚多巴胺（PDA）/还原石墨烯（rGO）/铜/硬脂酸（STA）棉花的过程示意图。

图1.（a）PDA/rGO棉，（b）PDA/rGO/Cu棉和（c）PDA/rGO/Cu/STA棉的SEM图像。

（d-f）相应放大的SEM图像。

（g）制备PDA/rGO/铜棉的机理示意图。

图3.（a）不同GO浓度的PDA/rGO/Cu/STA棉的抗性变化。

（b）PDA/rGO/Cu/STA导电棉的柔韧性测试：PDA/rGO/Cu/STA导电棉在不同弯曲数下的电阻变化。

（c）比较超疏水导电棉与其他导电复合材料的电导率。

（d-i）在不同条件下连接发光二极管（LED）灯的PDA/rGO/Cu/STA棉的照片：（d）扁平，（e）弯曲，（f）在50g重量下压缩，（g）带有水滴，（h）在水中扁平，并且（i）在水中弯曲。

图4.（a）将超疏水性棉浸入水中，（b）从其弹起的水柱。

（c）用于水下检测的设备的示意图，以及（d）表示PDA/rGO/Cu/STA棉浸入水中时的状态的图示。

（e）浸入过程中PDA/rGO/Cu/STA棉的ΔR/R0和响应时间的变化。

（f）浸入过程中PDA/rGO涂层，PDA/rGO/Cu和PDA/rGO/Cu/STA的ΔR/R0的变化。

图5.（a-e）PDA / rGO / Cu / STA棉对各种水下探测的响应：

（a）在水中弯曲和拉伸；

（b）食指在水下的运动；

（c）用镊子敲打烧杯的边缘；

（d，e）在水下用连续和间歇的超声波振动进行处理。

图6. PDA / rGO / Cu / STA棉对不同人体运动的抵抗力变化：

（a）肘部弯曲，（b）手指弯曲，（c）膝关节运动和（d）手指触摸。

图7.插图中超疏水棉与相应液滴图像的接触角。

（a）在浸入酸性溶液，碱性溶液和盐溶液中之前和之后浸泡24小时，以及（b）在不同的超声时间之后。

（c）在等离子蚀刻和加热处理五个循环之后的超疏水棉织物的接触角。

（d）等离子体/自我修复机制的示意图。

原文链接
https://doi.org/10.1021/acsami.0c19704

相关进展
中科院福建物构所吴立新研究员、翁子骧高级工程师AFM：3D打印高性能柔性应变传感器

免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：[e-mail]

扫二维码｜关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至[e-mail]，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。