湖南工业大学经鑫等：基于纳米协同效应的超灵敏导电水凝胶

文摘科学 2024-11-14 13:14 北京

水凝胶面临的导电性差和灵敏度低等问题极大限制了其在柔性电子领域中的应用。

近日，湖南工业大学经鑫教授等人在Science China Materials发表研究论文，提出了一种利用一维导电填料聚苯胺和二维导电填料还原氧化石墨烯的纳米尺度协同作用机制来制备具有优异导电性的水凝胶。

本文要点

1) 该水凝胶表现出了超高的灵敏度（GF达27.55）、出色的电导率（7.2 mS/cm）和优异的稳定性。

2) 由于水凝胶内部含有大量儿茶酚官能团、丰富的氢键相互作用和π-π堆叠，该水凝胶表现出了优异的自粘附性和自修复性。

基于该水凝胶开发的具有应变敏感性和自供电性能的柔性传感器展现出了卓越的传感性能，表明其在人机交互和信息传输领域具有广泛应用潜力。

Figure 1. The schematic and fabrication process of the P-GSPP hydrogel.

Figure 2. Mechanical properties of the prepared hydrogels: (a) the representative stress-strain curves; (b) the Young’s modulus, and (c) the toughness; (d) images of P-GSPP hydrogels adhering to different surfaces and stretchability; (e) the adhesive strength of the P-GSPP hydrogel onto different surfaces.

Figure 3. (a) The conductivity of the hydrogels; (b) the relative resistance changes of PSPP, P-GSP, and P-GSPP hydrogel sensors over the 0–800% strain range and the corresponding GF; (c) comprehensive comparison of GF, stretchability, and conductivity of our P-GSPP with materials reported before; (d) the schematic of the deformation mechanism; (e) the real-time resistance signals of the strain sensor under different testing speeds at the strain of 50%; (f) the relative resistance change of the sensor under a constant strain of 50% for 1000 cycles without resting time.

Figure 4. (a) Schematic of electrode attachment position and P-GSPP hydrogel electrode versus commercial electrode; (b) Electrocardiogram of commercial electrodes; (c) Electrocardiogram of P-GSPP hydrogel electrodes; (d) System schematic: the response of the P-GSPP based strain sensor transmitted wirelessly to the smartphone via a Bluetooth module; (e) Real-time response of thumb bending; (f) Real-time response of four finger bending.

文章信息

Gangrong Wang, Xin Jing, Binghan Niu, Liya Lin, Yaoxun Zhang, Jiazhou Zeng, Peiyong Feng, Yuejun Liu, Hao-Yang Mi. Ultrasensitive conductive hydrogels conferred by nanoscale synergistic effect. Sci. China Mater. (2024).

https://doi.org/10.1007/s40843-024-3143-1

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