新加坡南洋理工研發(fā)超拉伸導(dǎo)電水凝膠傳感器

傳統(tǒng)的柔性傳感器多基于石墨烯、導(dǎo)電聚合物、金屬等材料，這類材料本身的拉伸性能有限，難以適應(yīng)高應(yīng)變的要求。水凝膠是一種高含水的三維網(wǎng)狀聚合物，具有良好的拉伸性、柔韌性和生物相容性，是制作新一代柔性傳感器的理想選擇。傳統(tǒng)的單一網(wǎng)絡(luò)水凝膠由于其三維網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)度有限、機械性能較差，不能用于制備具有高拉伸性能的應(yīng)變傳感器。因此，開發(fā)具有高拉伸性能的水凝膠，是一亟待解決的問題。

近期，新加坡南洋理工大學(xué)周琨教授團隊報道了一種超拉伸、可修復(fù)、可導(dǎo)電、可3D打印的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠(圖A)。該雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠將脆性的第一網(wǎng)絡(luò)和柔韌的第二網(wǎng)絡(luò)組合，并通過引入Fe3+與第二網(wǎng)絡(luò)里的acrylic acid (AAC)進一步形成配位作用(AAC-Fe3+)來實現(xiàn)增韌(圖B)。可恢復(fù)的第一網(wǎng)絡(luò)和AAC-Fe3+在拉伸過程中起到吸收能量的作用，使雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠能夠承受較大的形變。通過該能量耗散機理構(gòu)建的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠具有超高拉伸性能(~3174%)。此外，金屬離子的存在使該雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠具備良好的導(dǎo)電性，用其制備的柔性應(yīng)變傳感器兼具高拉伸性和高靈敏度，可以準(zhǔn)確檢測相應(yīng)的人體活動。該工作對于水凝膠在柔性傳感器、電子皮膚、軟體機器人等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

圖A.雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠性能展示;B.雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備

上述工作以題為“Development of an ultrastretchable double-network hydrogel forflexible strain sensors” 發(fā)表在ACS AppliedMaterials & Interfaces 上，論文第一作者為新加坡南洋理工大學(xué)研究員李慧君，通訊作者為新加坡南洋理工大學(xué)機械與宇航工程學(xué)院及新加坡3D打印中心周琨教授。