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【介紹】
近年來，柔性電子傳感器因其在可穿戴電子設(shè)備、軟仿生機(jī)器人和人造電子皮膚中的廣泛應(yīng)用而備受關(guān)注。眾所周知，人體在受到刺激時(shí)，會(huì)將外界刺激轉(zhuǎn)化為生物電子信號(hào)。受生物傳感器的啟發(fā)，最近開發(fā)了許多基于各種導(dǎo)電材料的柔性電子傳感器。水凝膠是一種多功能復(fù)合高分子材料，具有明顯的物理和/或化學(xué)交聯(lián)的 3D 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和豐富的含水量，具有大量可逆的分子相互作用，如疏水締合、主客體相互作用、電子相互作用、 金屬-配體配位、動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵以及氫鍵。這些親水聚合物是化學(xué)或物理交聯(lián)的，因此水凝膠具有吸收和保留大量水分的能力。 水凝膠通常也可以附著在任何表面上，例如我們的皮膚。 獨(dú)特的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引起了可穿戴電子設(shè)備、假肢和軟體仿生機(jī)器人等各個(gè)領(lǐng)域的廣泛興趣。這些應(yīng)用對(duì)水凝膠電子傳感器的靈敏度、拉伸性和自愈性能提出了更高的要求。然而，一些水凝膠傳感器往往具有低靈敏度或非線性。水凝膠的粘度對(duì)外力的機(jī)電響應(yīng)也有影響，傳輸?shù)男盘?hào)往往有噪聲，可能有滯后和波動(dòng)，快速自愈聚乙烯醇水凝膠作為高靈敏度應(yīng)變壓力。
【摘要】
導(dǎo)電和生物相容性混合水凝膠成功組裝成粘性、柔性的可穿戴傳感器，用于超靈敏的人機(jī)交互和智能檢測(cè)，具有出色的自愈能力。這種導(dǎo)電、可修復(fù)和生物相容性混合網(wǎng)絡(luò)水凝膠由 MXene、PEDOT:PSS、聚乙烯醇和聚多巴胺的動(dòng)態(tài)超分子交聯(lián)形成。它使用導(dǎo)電功能化的 MXene（碳化鈦）和 PEDOT:PSS 作為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA有機(jī)水凝膠具有優(yōu)異的自我修復(fù)能力（1.8秒內(nèi)），可組裝成可修復(fù)、粘性、柔軟的智能傳感傳感器，可準(zhǔn)確檢測(cè)人體的各種動(dòng)作（包括彎曲手指和手腕、手勢(shì)識(shí)別、眨眼和表情變化）。
圖 1 (a) PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 有機(jī)水凝膠制備工藝流程圖。(b) PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 有機(jī)水凝膠拉伸前后的光學(xué)圖像。(c) PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 有機(jī)水凝膠的 SEM 圖像。(d) 有機(jī)水凝膠的可塑性。
此外，它還可以組裝成智能傳感器，用于速度識(shí)別和手寫識(shí)別。由于PVA的加入，導(dǎo)電水凝膠具有良好的生物相容性。因此，它可以安裝在假肢上實(shí)現(xiàn)觸摸屏功能，解決硅膠假肢難以控制屏幕的問題，表明其在仿生智能機(jī)器人領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。因此，可拉伸和柔性的水凝膠電子傳感器由于其優(yōu)異的自愈能力、粘附性能和可穿戴能力，在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和智能檢測(cè)方面具有巨大的潛力。
圖 3. (a) PVA-PDA 和 PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 水凝膠的示意圖，以及 (b) 基于 PSGP 的傳感器在拉伸和加壓處理下的導(dǎo)電組件的示意圖。
圖 5 可逆自愈示意圖。
相關(guān)論文以題為Fast self-healing multifunctional polyvinyl alcohol nano-organic composite hydrogel as building blocks for highly sensitive strain/pressure sensors發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》上。通訊作者是中國(guó)石油大學(xué)張冬至副教授。
參考文獻(xiàn)：
doi.org/10.1039/D1TA05586K
封面圖源自于圖蟲創(chuàng)意
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