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科學(xué)研究

輕工學(xué)院張素風(fēng)教授團(tuán)隊在智能傳感領(lǐng)域發(fā)表系列成果

2024-10-16 13:12 文、圖/輕工學(xué)院 張素風(fēng) 點擊:[]

近日,我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院(柔性電子學(xué)院)張素風(fēng)教授團(tuán)隊在多功能傳感器設(shè)計及應(yīng)用方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在《SusMat》(IF=18.7)和《Advanced Fiber Materials》(IF=17.2)期刊上。

利用天然生物質(zhì)基離子導(dǎo)電水凝膠(ICH)構(gòu)筑柔性電子產(chǎn)品是實現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)性的有效途徑之一。然而,實現(xiàn)高強度、高韌性、導(dǎo)電性和多功能性的同時確保加工簡便性是極具挑戰(zhàn)的。團(tuán)隊提出一種基于NaOH/尿素體系,聚離子液體(PIL)大分子功能化策略,以構(gòu)建高性能和多功能的多糖基離子導(dǎo)電水凝膠(例如,纖維素ICH)。該策略中,“軟”(PIL鏈)和“硬”(纖維素主鏈)結(jié)構(gòu)以及交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)共價和非共價鍵賦予水凝膠高機(jī)械強度(9.46±0.23 MPa 壓縮模量)、高拉伸性(214.3%)和韌性(3.64±0.12 MJ m-3)。由于PIL的導(dǎo)電性、設(shè)計靈活性和功能兼容性,水凝膠顯示出高導(dǎo)電性(6.54±0.17 mS cm-1)、自修復(fù)性(94.5±2.0%)、抗菌性、抗凍性、保水性和可回收性。此外,基于水凝膠的刺激響應(yīng)特性,實現(xiàn)了多模式傳感(應(yīng)變、溫度和濕度)。這種策略也被擴(kuò)展到使用各種多糖(包括瓊脂、海藻酸鹽、透明質(zhì)酸和瓜爾膠)制備水凝膠。該策略為生物質(zhì)基水凝膠的設(shè)計及應(yīng)用開辟了新的視角。

研究成果以“Poly(Ionic Liquid) Functionalization: A General Strategy for Strong, Tough, Ionic Conductive, and Multifunctional Polysaccharide Hydrogels toward Sensors”發(fā)表在SusMat》上。博士研究生姚雪為本文第一作者,張素風(fēng)教授錢立偉副教授為該論文的共同通訊作者。

導(dǎo)電水凝膠因其可調(diào)的機(jī)械性能和穩(wěn)定的導(dǎo)電性,成為柔性傳感器開發(fā)的重要基礎(chǔ)材料。在制備“綠色”、高性能柔性傳感器的過程中,源自天然纖維素的柔性水凝膠因其獨特的可再生、低成本、易改性和機(jī)械性能,其結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計正引起越來越多的關(guān)注。本團(tuán)隊系統(tǒng)綜述了纖維素導(dǎo)電水凝膠的結(jié)構(gòu)特征、材料構(gòu)成和制備方法,重點討論了纖維素導(dǎo)電水凝膠的性能、增強策略和傳感特性之間的相關(guān)性。最后,對纖維素導(dǎo)電水凝膠目前面臨的挑戰(zhàn)及應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。該工作以題為“Cellulose-Based Conductive Hydrogels for Emerging Intelligent Sensors”發(fā)表在《Advanced Fiber Materials》上。博士研究生姚雪為本文第一作者,張素風(fēng)教授錢立偉副教授為該論文的共同通訊作者。

文章信息:

DOI: 10.1002/sus2.249

https://doi.org/10.1007/s42765-024-00418-4

(核稿:劉國棟 編輯:劉倩)

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