近年來(lái)，可穿戴應(yīng)變傳感器作為一種將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的電子器件，在人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、健康管理和人機(jī)交互等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。有機(jī)水凝膠纖維不僅具有傳統(tǒng)水凝膠柔軟、高彈、生物相容性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有在極端環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行的特點(diǎn)，在可穿戴應(yīng)變傳感器領(lǐng)域展現(xiàn)出了一定的應(yīng)用前景。然而，因有機(jī)水凝膠中離子均勻分布的特點(diǎn)，在小形變和低溫下具有不理想的傳感檢測(cè)性能，這極大地阻礙了其在實(shí)際中的應(yīng)用。
圖1有機(jī)水凝膠纖維制備工藝示意圖、纖維成品展示
針對(duì)以上問(wèn)題，近日，東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廖耀祖/呂偉課題組在國(guó)際知名期刊Materials Horizons發(fā)表題為“Competitive proton-trapping strategy enhanced anti-freezing organohydrogel fibers for high-strain-sensitivity wearable sensors”的研究論文(DOI: 10.1039/D3MH00459G)。該研究設(shè)計(jì)了一種競(jìng)爭(zhēng)性質(zhì)子捕獲策略，通過(guò)簡(jiǎn)單的一步凍融過(guò)程，采用苯胺四聚體（TANI，一類(lèi)具有聚苯胺最短活性結(jié)構(gòu)單元且溶液可加工的剛性低聚物）作為競(jìng)爭(zhēng)性的質(zhì)子捕獲劑，與柔性聚乙烯醇（PVA）物理交聯(lián)，構(gòu)筑了一類(lèi)新型高性能可穿戴應(yīng)變傳感器的防凍有機(jī)水凝膠纖維（PTOH）。得益于不均勻分布的電荷載流子、增加了的質(zhì)子傳遞活化能和易斷裂的質(zhì)子遷移路徑，所制備的PTOH纖維在-40℃下表現(xiàn)出優(yōu)異的傳感性能，在200-300%的應(yīng)變下應(yīng)變系數(shù)高達(dá)24.6。此外，TANI和PVA鏈之間氫鍵的存在賦予了PTOH高的拉伸強(qiáng)度（1.96 MPa）和韌性（8.0 MJ m-3）。因此，由PTOH纖維和針織紡織品制成的應(yīng)變傳感器可以快速靈敏地監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)，證明了其作為可穿戴防凍各向異性應(yīng)變傳感器的潛力。
原位鏈接：https://doi.org/10.1039/D3MH00459G
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