山东大学叶磊/济南大学张炉青：高灵敏、超拉伸、两性水凝胶传感器作为防冻离子皮肤

材料化学快讯材料化学快讯 2022-05-28

来源：高分子材料科学

电子和离子导电材料在大变形或低温下通常都很脆弱，导致灵敏度降低，这通常被忽视并且仍然是一个未解决的挑战。最近，科研人员报告了一种新型的两性离子液体聚合物水凝胶，具有非凡的机械功能性、高透明度和导电性以及抗冻能力。由两性离子液体（ZIL）和甲基丙烯酸赖氨酸（LysMA）形成的导电两性离子纳米通道赋予水凝胶优异的导电性和低温耐受性。此外，该水凝胶表现出高透明度、显着的拉伸性（超过 2000%）、自愈性、对各种基材的高粘附性和高导电性，即使在低温（-40°C）下也是如此。由于这些出色的特性，水凝胶被评估用于皮肤传感器应用，基于水凝胶的传感器在使用和不使用 LiCl 的情况下分别显示高达 6.42 和 14.96 的应变系数 (GF)。更重要的是，这种水凝胶在极宽的工作范围内表现出高应变敏感性，具有良好的稳定性和可重复性。相关论文以“A highly sensitive and ultra-stretchable zwitterionic liquid hydrogel-based sensor as anti-freezing ionic skin”为题发表在《Journal of Materials Chemistry A》上。通讯作者是山东大学叶磊副教授，济南大学张炉青副教授。

图1（A）LysMA和ZIL的合成路线

图 2 不同配方的水凝胶的粘附特性

图 3 水凝胶的力学性能

图 4 Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶的自愈特性。(A)自愈性能的显微观察；(B)拉伸变形照片，显示a)拉伸，b-c) 打结拉伸，d)扭转拉伸和 e)回收的 Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶的交叉拉伸；(C)治疗效率；(D)不同愈合时间的应力应变曲线。

图 5 Am-ZIL10-LysMA7.5水凝胶传感器的机电特性

图 6 可穿戴 Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶电子传感器的传感应用演示。(A)以各种角度弯曲手指、(B) 肘部旋转、(C) 手腕弯曲、(D) 吞咽、(E) 微笑的面部表情和 (F) 膝盖弯曲的 ΔR/R0。检测不同字母发音的细微动作，即（G）“B”，（H）“D”和（I）“E”。

图7（A）无线传感器及数据传输过程系统图；(B) 基于 Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶的无线应变传感器和手机显示；照片显示了从肘部 (C) 和膝盖 (D) 的自然弯曲实时无线显示在手机上的在线监测。

论文链接：

doi.org/10.1039/D1TA09769E

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