《CEJ》郑州轻工业大学张晓静:高拉伸、自愈和粘性聚合物共晶凝胶, 用于可穿戴应变传感器!
发布时间:2022-09-11

与传统的水凝胶和离子液体凝胶相比,离子导电共晶凝胶具有耐温、成本低、生物相容性好等优点,在可穿戴应力压力传感器和生物电极方面显示出巨大潜力。然而,目前由交联聚合物制备的共晶凝胶具有较差的自修复性能和表面自适应粘合力不足的问题。近日,科研人员 首次强调了含有氢键受体基团的单体的潜力,所得聚合物可以与深共晶溶剂( DESs)形成氢键网络,从而赋予共晶凝胶自修复和粘合性能。 这些聚合共晶凝胶是通过在新兴的 DES 中聚合 1-乙烯基咪唑而生产的。所得共晶凝胶表现出超拉伸性(约 2300% 伸长率)、自愈能力和粘 附性。由于深共晶溶剂的独特性能,这些共晶凝胶还表现出高离子电导率和防冻 /防干燥性能。此外,这些特性导致共晶凝胶在共形应变传感器中的成功实现,以在宽温度范围(-30 至 60°C)下准确检测人体运动。这项工作的结果将为功能集成软材料的设计提供一个有前景的策略。

图 1. a) 单体、交联剂、引发剂、盐和四个氢键供体的化学结构。b)四种共晶凝胶的拉伸应力-应变曲线。c) 四种共晶凝胶的拉伸模量和韧性值。d)不同MBA含量的PVI-ChCl-Gly共晶凝胶的拉伸应力-应变曲线。e) 不同 MBA 含量的 PVI-ChCl-Gly 共晶凝胶的拉伸模量和韧性值。f)四种共晶凝胶在室温下的 EIS 光谱。g) 四种共晶凝胶的电导率。3.2 共晶凝胶的自愈特性

图 2. a) PVI-ChCl-Gly 共晶凝胶的自愈能力照片。b) PVI-ChCl-Gly 共晶凝胶的流变逐步应变测试。c) 完整和愈合的共晶凝胶的拉伸应力-应变曲线。d) 四种共晶凝胶的愈合效率值。

图 3. (a) PVI 聚合物、PVI-DES 和 DES 的 FTIR 光谱。(b) MD 后包含 PVI-DES 和 ChCl-Gly 的平衡结构。(c) 甘油 O-H 和咪唑氮的径向分布函数 g(r)。(d) 提出的机械损伤自愈机制。

图 5. a) PVI-ChCl-Gly 共晶凝胶粘附在不同基材上的照片。b) 粘附到皮肤变形。c) 凝胶附着在皮肤上 12 小时和去除凝胶后皮肤的照片。d) 共晶凝胶在各种基材上的粘附强度。

图 7. a) 柔性传感器的电阻变化响应于弯曲角度(0°、30°、60°、90°)。b) 不同速度下手指运动中共晶凝胶的阻力变化。手腕 (c) 和肘部 (d) 中共晶凝胶的电阻变化。-30 ℃ (e) 和60 ℃ (f) 100% 应变重复加载和卸载时的电阻变化。

相关论文以题为 Highly Stretchable, self-healing, and adhesive polymeric eutectogel enabled by hydrogen-bond networks for wearable strain sensor 发表在 《Chemical Engineering Journal 》上。通讯作者 是 郑州轻工业大学 张晓静教授 。

参考文献:

doi.org/10.1016/j.cej.2022.137878

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