傳感器作為可穿戴設(shè)備的核心組件，其功能化決定了可穿戴設(shè)備的發(fā)展。應(yīng)變傳感器具有隨機械形變可重復(fù)變化的電學(xué)特性以及類似人體皮膚觸覺的傳感靈敏度，有望應(yīng)用于生物力學(xué)研究、人體健康監(jiān)測、嵌入治療傳感以及軟機器人的感覺皮膚。近日，北京林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院的馬明國教授（點擊查看介紹）課題組與北京化工大學(xué)的萬鵬博（點擊查看介紹）課題組合作，在ACS Applied Materials & Interfaces 上報道了水凝膠應(yīng)變傳感器領(lǐng)域的精彩研究。
將半導(dǎo)體與襯體整合或是摻雜導(dǎo)體于彈性體內(nèi)等策略設(shè)計出的高傳感靈敏度應(yīng)變傳感器已經(jīng)得到很好的發(fā)展，但是其低延展性、較差的耐久性以及自身剛度導(dǎo)致不利于與皮膚的緊密貼合，為可穿戴性帶來了挑戰(zhàn)。聚合物水凝膠作為一種由大量水分和三維聚合物網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的物質(zhì)，具有類似生物軟組織的柔軟性，而且還展現(xiàn)出優(yōu)于傳統(tǒng)聚合物的延展性、自修復(fù)能力和自恢復(fù)性，成為可穿戴或可嵌入設(shè)備的理想柔軟基體材料。然而，如何將可觀的機械性能和高傳感靈敏度整合到一起，設(shè)計出一款可伸縮、彈性、自修復(fù)、應(yīng)變敏感的水凝膠作為可穿戴傳感器仍然存在挑戰(zhàn)。
受自然界中具有多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和優(yōu)良機械性能的生物軟組織啟發(fā)，北京林業(yè)大學(xué)與北京化工大學(xué)的研究團隊通力合作，模仿軟組織的多級結(jié)構(gòu)，通過向PVA和PVP共價交聯(lián)的“軟”聚合物網(wǎng)絡(luò)中引入三價鐵離子與羥基之間配位綁定的納米纖維素增強區(qū)域來制備功能網(wǎng)絡(luò)水凝膠，構(gòu)建了協(xié)同“軟-硬-軟”的三明治多級結(jié)構(gòu)，成功將可伸縮性、彈性、自修復(fù)性、高應(yīng)變敏感度整合到一起，設(shè)計了一款高性能、柔軟、可穿戴的水凝膠應(yīng)變傳感器。
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