不列顛哥倫比亞大學姜鋒團隊《Nano Energy》：納米纖維素界面修飾液態金屬制備高拉伸高靈敏瞬態凝膠傳感器
2022-05-17 來源：高分子科技
由于具備多功能的特性，利用導電水凝膠制備下一代可穿戴柔性電子器件吸引了人們的廣泛關注。然而，制備具有全方面優異性能（包括機械耐久性、電信號靈敏度、環境穩定性、以及使用后可自行降解）的水凝膠仍然是一個巨大的挑戰。
圖1 (a) CNF包覆的LMNPs PAA水凝膠的概念設計和制備過程示意圖；(b) LMNPs在0.1wt% TO-CNFs中的膠體分散穩定性（（超聲處理后立即和24小時后）；(c) TEM圖像顯示TO-CNFs層包裹在LMNPs上（超聲處理40分鐘）
圖2 (a) 數字圖像顯示PAA-CNF-LMNPs (4 wt%)水凝膠的抗拉伸、抗戳，以及抗壓縮性能；(b) 拉伸應力-應變曲線; (c) 不同LMNPs含量的PAA-CNF-LMNPs水凝膠的應力和楊氏模量以及 (d) 應變和韌性值。(e) 不同導電水凝膠的應力和應變值的Ashby圖，包括含有CNT的水凝膠，含有 MXene的水凝膠，和含有LMs的水凝膠；（f）不同LMNPs含量的PAA-CNF-LMNPs水凝膠的壓縮應力-應變曲線。
圖3 PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝膠的抗疲勞和抗裂特性。(a)加載-卸載拉伸應力-應變曲線和(b)不同應變下的相應耗散能量（不同樣品）；(c)加載-卸載循環拉伸應力-應變曲線和(d)保持不同時間間隔后500%應變下的相應耗散能量；(e)加載-卸載循環拉伸應力-應變曲線和(f)500%應變下10循環的相應耗散能量。(g)顯示拉伸的照片和(h)水凝膠的拉伸應力-應變曲線；(i)示意圖顯示傳統水凝膠的裂紋水平傳播（左）和PAA-CNF-LMNPs水凝膠由于物理連接的動態斷裂而產生的抗裂性（右）。
圖4. PAA-CNF-LMNPs水凝膠在不同溶劑下的電導率。(a) 不同LMNP含量的PAA-CNF-LMNPs水凝膠的電導率，插圖是相應水凝膠的EIS光譜。(b) 用乙二醇（EG）和二甲亞砜（DMSO）溶劑置換后的PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝膠和有機水凝膠的電導率，插圖是相應的有機/水凝膠的EIS光譜；(c) 數字圖像顯示含EG的有機水凝膠在-22℃的抗凍性。
圖5 (a) PAA-CNF-LMNPs (4 wt%)水凝膠的電學自愈行為；(b) 水凝膠自愈過程中的實時電阻(c)水凝膠自愈0.5、1和3小時的應力-應變曲線。
圖6 PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝膠的傳感敏感性。(a) 不同拉伸應變下水凝膠的相對電阻變化；(b)相對電阻隨著拉伸應變的變化；(c) 水凝膠的拉伸靈敏系數隨著應變的變化；(d) 不同導電水凝膠的應變和靈敏系數的Ashby圖，包括含有CNT的水凝膠，含有MXene的水凝膠，和含有LMs的水凝膠。(e) 在100%的拉伸應變下，循環拉伸-釋放測試下的相對電阻變化；(f) 在不同壓力下水凝膠的相對電阻變化和壓力敏感系數。
圖7 PAA-CNF-LMNPs（4wt%）水凝膠的實際應用。(a) 典型的基于水凝膠的傳感器檢測不同角度的手指彎曲；(b) 典型的基于水凝膠的傳感器模仿手指識別不同材料的質地；(c) 使用PAA-CNF-LMNPs水凝膠作為可拉伸電纜的音頻傳輸系統示意圖；(d) 在水凝膠的原始和拉伸狀態下收集的音頻信號。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522004529?dgcid=author
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（責任編輯：xu）
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