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北京林業(yè)大學(xué)楊俊 AFM:界面耦合性水凝膠熱阻傳感器用于連續(xù)溫度監(jiān)測(cè)
2023-04-28  來(lái)源:高分子科技


  近年來(lái),可穿戴和便攜式電子產(chǎn)品的需求不斷增長(zhǎng),熱響應(yīng)水凝膠材料得益于出色的柔韌性和溫度響應(yīng)性,克服了傳統(tǒng)剛性熱電偶難以滿足穿戴性的缺點(diǎn),因而受到了廣泛研究關(guān)注。但是在任意起伏表面上嘗試進(jìn)行連續(xù)高保真溫度信號(hào)反饋依然是個(gè)巨大的挑戰(zhàn),極度依賴具有高度界面耦合能力的材料來(lái)克服熱交換界面剝離失效的難題。




  針對(duì)上述問(wèn)題,北京林業(yè)大學(xué)楊俊等人將多酚復(fù)合物(單寧酸-納米纖維素)引入熱敏性聚(丙烯酰胺)/聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)/甘油-水凝膠基質(zhì)中,實(shí)現(xiàn)了水凝膠粘附力與內(nèi)聚力的平衡,展現(xiàn)了出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和適形接觸能力,避免了與黏附基體之間力學(xué)失配和界面失效導(dǎo)致的不良熱信號(hào)采集。研究發(fā)現(xiàn),該水凝膠具有出色的熱敏性(TCR = 1.43%°C - 1),界面適應(yīng)性和環(huán)境穩(wěn)定性,同時(shí)具有較高的識(shí)別溫度分辨率(1°C)、耐外部力學(xué)沖擊 (錘擊200次,電流變化率<9%)、對(duì)不同曲率(球體、錐體和鞍形)基體表面的保形黏附性。通過(guò)整合銀電極層和凝膠功能層構(gòu)建了熱阻式表皮溫度傳感器,實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜形狀物體的界面適應(yīng)和動(dòng)態(tài)環(huán)境下的無(wú)縫耦合,能夠在任意曲率物體表面進(jìn)行連續(xù)溫度監(jiān)測(cè)。該工作為人-機(jī)界面材料和適形熱敏柔性電子的快速發(fā)展提供了新的研究?jī)?nèi)容,在可穿戴電子設(shè)備,智能機(jī)器人和以患者為中心的診斷中展現(xiàn)了潛在的應(yīng)用價(jià)值。 


圖1  在不同曲率基體表面適形貼合及其對(duì)溫度的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè) 


圖2  在運(yùn)動(dòng)及各種極端形變條件下保持穩(wěn)定的溫度監(jiān)測(cè)


  以上研究成果以“A Robust and Adhesive Hydrogel Enables Interfacial Coupling for Continuous Temperature Monitoring”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上,北京林業(yè)大學(xué)楊俊研究組博士生郝三偉和碩士生戴仁剛(已畢業(yè),目前就職于華熙生物科技股份有限公司)等人共同參與完成,該項(xiàng)研究獲得北京林業(yè)大學(xué)熱點(diǎn)追蹤項(xiàng)目和制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金支持。


  原文鏈接: https://doi.org/10.1002/adfm.202302840

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