东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:在陶瓷纳米纤维增强离子导电水凝胶方面取得新进展


离子导电水凝胶由聚合物网络与电解质盐溶液组成,其具有高导电性、刺激响应性、生物相容性等特点,在可穿戴设备、健康监测、人机界面等领域具有巨大的应用潜力。目前,研究者们制备了多种具有高离子电导率的水凝胶材料,并探索了它们的应用,但这些水凝胶通常缺乏有效的能量耗散网络,导致力学强度较低,难以满足实际应用的力学要求。因此,如何制备兼具高离子电导性与优异力学性能的水凝胶材料是目前亟需解决的难题。

生物纤维组织(皮肤、肌肉、韧带等)具有良好的力学性能与刺激响应性,其力学性能可归因于柔软基质中嵌入的韧性纤维(如胶原纤维)以及纤维与软基质之间的化学相互作用。受生物纤维组织结构的启发,东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士及丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队以柔韧二氧化硅纳米纤维作为离子导电水凝胶的增强组分,同时引入乙烯基硅烷,通过水解缩合-自由基聚合方法在纳米纤维与水凝胶网络间原位化学交联,获得了兼具高拉伸模量与高离子电导率的水凝胶材料。该透明纳米纤维增强水凝胶的拉伸强度为0.3MPa(断裂应变为1400%),拉伸弹性模量为0.11MPa(与人类皮肤模量相当),1000次拉伸(100%应变)循环无塑性变形。


东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:在陶瓷纳米纤维增强离子导电水凝胶方面取得新进展的图1

图1. a)纳米纤维增强水凝胶的制备示意图,b)纳米纤维增强水凝胶的光学图像,c)二氧化硅纳米纤维和PAM链之间的物理/化学作用示意图,d)水凝胶的XPS光谱,e)Si元素的高分辨XPS光谱,f、g)不同放大倍数下水凝胶的SEM图,h)EDS图谱。


所制备的纳米纤维增强水凝胶材料具有高离子电导率(3.93 S m-1),可检测宽范围拉伸应变(0.5-1100%)和压缩应力(1-28kPa),同时具有较高灵敏度(GF=2.67)和循环稳定性(10000次压缩传感信号强度几乎不变),可高灵敏度检测人体运动及脉搏跳动。此外,纳米纤维增强水凝胶传感器可有效检测复杂且微小的外界刺激,如书写字迹,在字迹防伪领域具有潜在应用价值。该复合水凝胶的设计思路和简易的制备过程为开发新一代可拉伸的强韧离子导电水凝胶材料提供了新思路。


东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:在陶瓷纳米纤维增强离子导电水凝胶方面取得新进展的图2

图2. a)水凝胶传感器的相对电阻变化与应变的关系曲线,b)水凝胶传感器在100%拉伸应变下1000次循环稳定性,c)传感器在不同压力下的相对电阻变化和压力灵敏度,d)传感器在6.37kPa压力下10000次循环稳定性,水凝胶传感器检测e)手指不同角度弯曲、f)肘部重复弯曲运动和g)人体脉搏,h)字迹感应示意图,i)书写字母“C”和j,k)不同的志愿者书写“we”的相对电阻变化。


以上相关研究成果以“In Situ Synthesis of Mechanically Robust, Transparent Nanofiber-Reinforced Hydrogels for Highly Sensitive Multiple Sensing”为题发表于Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202103117),该论文第一作者为东华大学纺织学院博士生卢绪燕,共同通讯作者为丁彬研究员张世超研究员。该项研究得到了国家自然科学基金、上海市教育委员会、中央高校基础研究项目的大力资助。


论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202103117


相关进展

武汉大学邓红兵教授课题组与东华大学丁彬教授课题组合作《Adv. Mater.》:太阳能海水淡化纳米纤维研究获突

东华大学俞建勇院士、丁彬教授团队《ACS Nano》:在超弹无机纳米纤维气凝胶抗污水净化材料方面取得新进展

东华大学俞建勇院士、丁彬教授团队在Voronoi网状高通量低耗能水净化材料方面取得新进展

东华大学俞建勇院士、丁彬教授团队《Nat. Commun.》:太阳能驱动的纳米纤维基连续除湿材料

东华大学俞建勇院士、丁彬教授团队在超疏水高导热人体热管理面料方面取得新进展

东华大学俞建勇院士、丁彬教授团队在可拉伸、超弹、防寒保暖材料方面取得新进展

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:超弹纳米纤维气凝胶高温空气过滤材料领域取得新进展

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:高效自极化驻极纳米蛛网空气过滤材料制备领域的最新成果

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队在核壳压电纤维 电子皮肤领域最新研究成果

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《ACS Nano》:在无氟防水透湿功能纺织品领域的最新研究成果

东华大学俞建勇院士和丁彬研究员团队在全纤维电子皮肤领域最新研究成果

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Nat. Commun.》:在碳纳米纤维孔隙及电子结构调控方面最新研究成果

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队:用于骨质疏松性骨修复的智能自展开纳米纤维3D弹性支架

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队在自组装二维纳米网络结构纤维空气过滤材料制备领域的最新研究成果

东华大学俞建勇院士及丁彬研究员团队在纳米纤维异质结的界面设计及高效电催化室温固氮领域的最新研究成果

东华大学丁彬教授综述:功能微纳米聚合物纤维材料:超细二维纳米蛛网、致密粘连纤维膜、多级网孔结构纤维气凝胶

东华大学俞建勇院士、丁彬教授《Nature Communications》:二维网状纳米纤维材料制备技术的最新研究成果

东华大学俞建勇院士、丁彬教授最新专著《功能静电纺纤维材料》在中国纺织出版社出版

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员在可穿戴发电织物领域取得最新进展

东华大学俞建勇院士、丁彬教授及王先锋教授共同主编新书 《静电纺丝:纳米纤维制备与应用》在Elsevier出版

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队在吸湿快干功能纺织品领域取得最新研究成果

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队在蛋白质吸附分离用纳米纤维材料研究领域取得最新研究成果

东华大学丁彬教授研究团队在纳米纤维油/水乳液分离材料研究方面取得新进展

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:在陶瓷纳米纤维增强离子导电水凝胶方面取得新进展的图3

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享,刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:info@polymer.cn

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:在陶瓷纳米纤维增强离子导电水凝胶方面取得新进展的图4
东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:在陶瓷纳米纤维增强离子导电水凝胶方面取得新进展的图5

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件(论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等)至info@polymer.cn,并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送,并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求,陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群,也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群,全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群,请先加审核微信号PolymerChina (或长按下方二维码),并请一定注明:高分子+姓名+单位+职称(或学位)+领域(或行业),否则不予受理,资格经过审核后入相关专业群。

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:在陶瓷纳米纤维增强离子导电水凝胶方面取得新进展的图6

这里“阅读原文”,查看更多

材料

东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:在陶瓷纳米纤维增强离子导电水凝胶方面取得新进展的评论0条

    暂无评论

    东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:在陶瓷纳米纤维增强离子导电水凝胶方面取得新进展的相关视频课程

    东华大学俞建勇院士、丁彬研究员团队《Adv. Funct. Mater.》:在陶瓷纳米纤维增强离子导电水凝胶方面取得新进展的相关案例教程

    生物体内肌肉运动和神经活动所产生微弱的电流被称为生物电流。对生物电流的实时监测在健康评估和运动管理中得到了广泛应用。例如,心电图(ECG)可以记录每个心跳周期产生的电信号,从而提醒人们在心脏病发作前采取预防措施。随着人类对海洋的不断探索,海洋与人类的关系越来越密切,心脏病已经成为潜水员和其他水下工作者的重要死因。近年来,尽管基于不同材料的柔性电极已经被开发出来,并用于记录人体运动时的心电信号,但是
    在有机光电子器件中,高功函和低功函电极分别从半导体层中提取(或注入)空穴/电子,均是器件中的重要组成部分。相比于高功函数电极材料,低功函电极材料对氧气或者水分敏感,影响了器件的性能及稳定性。稳定的低功函电极材料仍然是一个挑战。 理想的低功函电极材料应当具有以下性质:(1)自身具有较低的功函数,减少界面层或修饰层的使用,有利于简化器件结构及工艺;(2)材料自身具有稳定性,且不与器件中其他界面层有物理
    聚集诱导发光材料(AIEgen)在聚集状态下发出强烈的荧光,但在溶液中分子运动不被限制,故不发光或只有微弱的荧光。作为一种具有紧凑相和自由空间的溶胀类材料,凝胶能够操纵分子内运动。因此,结构独特和应用前景广阔的聚集诱导发光(AIE)活性凝胶引起了人们的极大兴趣。基于此,香港科技大学唐本忠院士(现为香港中文大学(深圳)理工学院院长)团队和北京理工大学黎朝系统综述了AIE活性凝胶的进展(图1),详细介
    生命体系的生理活动一刻也离不开离子传导,譬如皮肤和神经纤维必须通过离子传导电信号实现环境感知和运动反馈。可拉伸离子导体是模拟弹性生物组织离子传输的重要材料,由此发展形成的“可拉伸离电学”在仿生皮肤、人工肌肉、可拉伸储能、软机器人等领域取得了广泛应用。然而,现有的可拉伸离子导体大都基于富含自由离子的柔性高分子网络,拉伸时柔性高分子链沿拉伸取向导致离子电导率发生轻微提升(一般小于5倍)。这一固有而“温
    利用粘合剂完成材料表面的高效粘接是日常生活中常见的材料加工方式之一,同时也是实现材料仿生设计、器件集成研究等的重要手段。相对于焊接或榫卯结构而言,粘接处理更为方便、温和,能够极大地提升工作效率和降低成本。就其粘接过程而言,一方面借助粘合剂内可反应基团(环氧、氰基丙烯酸酯、不饱和聚酯、活化酯等)或超分子相互作用实现材料间的快速粘接。另一方面,其粘接性能依赖于粘接剂本身的力学强度和韧性、与表面相互作用
    影响力
    粉丝
    内容
    获赞
    收藏
      项目客服
      培训客服
      0 0