基于离子交联复合水凝胶的易制备、高性能的可穿戴应变传感器

可响应多种机械激励模式且具有较高灵敏度的柔性传感器在电子皮肤、健康监测等领域具有重要意义.而模仿皮肤的多信号响应,如应变和温度,仍然是一个重要的挑战.因此,本文设计了具有韧性与导电性的多功能离子交联水凝胶.通过将丙烯酰胺与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵交联,可制备出具有高力学强度特性的化学凝胶,交联时加入Ca²⁺,Mg²⁺0,Al³⁺等盐类物质赋予水凝胶双层网络,使这种离子型双网络水凝胶具有优良的导电特性.这种双层网络结构使离子水凝胶表现出优异的力学性能.此外,含有Ca²⁺离子的复合水凝胶最大拉伸可以达到1100%,并表现出超高的灵敏度(Sp=10.690 MPa^-1).所获得的水凝胶能够实现可穿戴应力传感器的制备并跟踪监测人体运动,有希望进一步拓展到人机交互以及智能人体健康检测等领域.     

高强度离子导电凝胶研究进展

近年来,柔性可穿戴电子产品在人机交互、传感器等方面应用越来越广泛。离子导电凝胶具有高导电性、生物相容性、自愈合、良好的机械性能以及对可见光透明度高等特点,力学性能对离子导电凝胶的应用影响较大,通过添加纳米填料、无机盐和有机盐、聚电解质可以提升离子导电凝胶的力学性能。综述了纳米复合离子导电凝胶、盐离子导电凝胶、聚电解质离子导电凝胶的研究进展,对离子导电凝胶在传感器、柔性皮肤、生物医药等领域中的应用以及面临的困难和挑战进行了探讨,并展望了其未来发展方向。     

载银纳米颗粒多响应性复合水凝胶研究进展

近年来载银纳米颗粒多响应性复合水凝胶得到人们的广泛关注。该复合体系通过结合银纳米颗粒与水凝胶,不仅可以利用水凝胶的光学和电学特性,同时也表现出了对温度、pH、介质离子强度的轻微变化以及对某些生物物质浓度变化的快速响应。对近年来载银纳米颗粒多响应性复合水凝胶的性能和分类方法的研究进展进行了详述,介绍了该复合水凝胶在催化领域、生物医学领域、纳米技术和环境污染物质降解等方面的应用。     

导电纱线的制备及其在智能可穿戴装置中的应用研究进展

随着电子信息技术的发展和人们对便捷生活的追求,智能柔性可穿戴装置受到越来越多的关注,并取得相关研究成果.在智能可穿戴装置的发展中,柔性导电材料起着至关重要的作用.导电纱线作为最基础的柔性导电纺织材料,广泛应用于智能可穿戴产品中.然而,传统的纺织材料通常是绝缘材料,不能直接形成导电纱线和智能可穿戴产品.本文重点介绍金属基导电纱线、碳基导电纱线、导电聚合物基导电纱线的制备方法以及在可穿戴应变传感器、可穿戴超级电容器、可穿戴电热装置等方面的应用研究进展,客观分析近年来导电纱线亟待解决的问题,主要包括提高导电纱线的导电性、柔性以及环境稳定性等.此外,针对智能可穿戴装置所需的方便性、舒适性、耐洗性、灵敏性,提出进一步优化柔性导电纱线的灵敏性、耐久性以及纺织材料与导电材料的结合方法是可穿戴柔性智能产品的主要发展方向.     

高强度耐低温纳米纤维素/聚乙烯醇导电复合水凝胶制备及其在柔性传感中的应用

纳米纤维素具有大长径比、较高的弹性模量与比表面积及丰富的表面官能团,是一种优良的纳米增强材料。首先以纳米纤维素(CNFs)为分散介质辅助分散MXene纳米片层,制备CNF-MXene纳米复合物,并通过FTIR与XPS分析CNFs与MXene的相互作用。以此复合物为增强填料,聚乙烯醇(PVA)为基底,制备CNF-MXene/PVA复合水凝胶,进一步通过KOH溶液处理,提高复合水凝胶的力学性能,并赋予复合水凝胶优异的离子导电性。该复合水凝胶表现出优异的力学性能,其拉伸强度与断裂伸长率分别达到255.9 kPa与1098.2%,还具有高电导率(2.38 S/m)、一定的抗冻性能与灵敏的应变/压力响应性。基于该复合水凝胶组装的应变/压力柔性传感器,由于具有极低的检测极限质量(100 mg)与极快的响应时间(225 ms),可以监控脉搏跳动与喉咙发声微小震动引起的压力变化。因此,该复合水凝胶基柔性传感器非常有希望应用于未来新一代可穿戴电子、人机交互等领域。      

基于微结构的柔性压力传感器设计、制备及性能

随着科技的快速发展,电子皮肤和柔性可穿戴设备由于在人体运动、健康监测、智能机器人等领域具有重要应用而引起了人们广泛的关注。传统的基于贵金属或金属氧化物半导体的压力传感器成本高、柔韧性差,而新型的基于微结构的柔性压力传感器具有灵敏度高、应变范围宽、低成本、低功耗、响应速度快等优势,在电子皮肤和柔性可穿戴设备等方面发挥重要作用,成为当前柔性电子材料与器件主要研究热点之一。本文系统总结了近年来颇受关注的基于金字塔形、微球形、微柱形、仿生结构、褶皱等不同柔性基底微结构和多孔导电聚合物材料的柔性压力传感器在材料选择、结构设计、制备方法、传感性能等方面取得的重要进展,并对柔性压力传感器的未来发展进行了展望。      

高强度水凝胶的制备及其研究进展

水凝胶因其拥有较高的溶胀比和极高的含水率,被广泛应用于各种领域,但力学性能较弱的缺点限制了其在组织工程、软体机器人、可穿戴电子设备等高负载领域的发展。综述了近年来纳米复合水凝胶、双网络水凝胶、大分子微球复合水凝胶、疏水缔合水凝胶等高强度水凝胶的制备方法及研究进展;讨论了各类型高强水凝胶的特点并指出了目前研究中存在的问题;同时,对高强度水凝胶未来的研究方向进行了展望。     

聚乙烯醇导电水凝胶增强剂的研究进展

聚乙烯醇是一种应用极为广泛的水溶性材料，能过通过交联形成水凝胶。聚乙烯醇导电水凝胶具有良好的亲水性、生物可降解性、生物相容性、高结晶性和与纳米纤维素混合的可行性。聚乙烯醇导电水凝胶同时也具有较好的导电性，使得其在生物医学、柔性传感等领域具有广泛的应用前景。综述了聚乙烯醇导电水凝胶在柔性传感领域的最新发展，重点了介绍了导电填料和增强剂，包括聚合物多交联、纳米复合材料、甘油及乙二醇。进一步介绍了此类水凝胶的力学性能和电性能。最后，讨论了聚乙烯醇水凝胶在柔性传感领域面临的挑战和未来展望。     

柔性生物电传感技术

生物电信号作为监测人体健康的关键特征信号具有重要意义,因此人们一直在不断地探索和改进生物电信号传感技术。随着可穿戴电子技术的不断发展,传统的生物电传感设备在生物相容性、可穿戴性、便携性、制作成本等方面的问题也越来越突出,已很难满足当前的应用需求。近年来,新型柔性生物电传感设备迅速发展,相比于传统的生物电传感设备,柔性传感设备具有可拉伸性好、便携性强、体积小、成本低、皮肤接触界面更加稳定等巨大优势,为生物电传感技术带来了革命性的变化。由于柔性材料大多是绝缘的且与金属的结合力较差,因此出现了亟待解决的新问题,例如柔性基底材料和导电材料的选型问题、电极的设计和加工问题等。另外,生物电监测易受噪声干扰,因此减小其运动伪影、延长有效监测时间、提高生物相容性、提高信号采集质量也是柔性生物电传感器件的主要研究热点。电极是柔性传感设备重要的组成单元,生物电检测电极的质量决定了生物电传感器的检测灵敏度、信号质量、使用寿命等。如今已经取得较好效果的柔性生物电检测电极主要有金属纳米线电极、柔性导电复合物电极等。其制备方法主要是:(1)在柔性材料中掺杂金、银、碳纳米管等导电材料来使其具有导电性能,再对结构和形状进行加工;(2)在柔性衬底上沉积或电镀导电材料,再对导电材料进行图案化加工等。制备工艺主要包含光刻、蒸镀、气相沉积、键合、喷涂、滴铸、旋涂、浸涂和真空过滤等。本文归纳了柔性生物电传感技术的研究进展,对柔性生物电传感器的组成单元和工作原理、柔性基底材料的选择、柔性生物电监测电极的制备方法进行了论述,并对柔性生物电传感技术在心电、脑电、肌电、眼电等监测方面的应用进行概述,分析了柔性生物电传感技术面临的问题并展望其前景,以期为柔性传感技术在生物电监测方面的进一步发展提供参考。     

用于可穿戴智能纺织品的复合导电纤维研究进展

智能可穿戴领域是一个集多学科多门类的交叉研究领域,近年来备受各界学者关注。导电纤维作为智能可穿戴设备的枢纽,因其优异的力学性能、突出的电学和光学等功能特性,在智能可穿戴领域具有广阔的应用前景,并成为研究热点。针对目前研究学者对于可应用在柔性智能可穿戴纺织品中导电纤维的研究进展情况,系统地综述了导电纤维(包括金属导电纤维、导电聚合物纤维、碳系导电纤维)的导电机制、制备方法等。并详细阐述了近三年来研究人员运用不同电极材料制备的复合导电纤维的研究进展和未来的应用发展方向,最后总结并展望了此类柔性导电纤维的发展前景。以期望能够对未来可穿戴智能织物设备和小型化的柔性智能电子产品的科研创新研发有所助益。      

基于静电纺纳米纤维的柔性可穿戴压力传感器的研究进展EI北大核心

柔性可穿戴压力传感器具有舒适性高、可编织性强以及可模仿人类皮肤对外界刺激做出敏锐的感知和响应等独特性能,可作为人工电子皮肤被广泛应用于医疗检测、疾病诊断、人体运动跟踪以及健康监测等领域。近年来,基于柔性可穿戴压力传感器的设计、构筑、性能探究和开发受到研究者的广泛关注。利用静电纺丝法制得的纳米纤维膜具有孔隙率高、比表面积大、易于功能化改性等优点,使其在柔性传感器构筑领域展现出极大的应用潜力。基于此,本文对静电纺纳米纤维在柔性可穿戴压力传感器方面的研究及进展进行了综述。简要介绍了可穿戴压力传感器的特点,阐述了静电纺丝技术及静电纺纳米纤维在制备柔性可穿戴压力传感器方面的优势,重点讨论了基于静电纺的柔性可穿戴压力传感器在不同领域的研究应用,最后对低成本制造具有高分辨率、高灵敏度、精确的响应性的基于静电纺的柔性可穿戴压力传感器研究做了总结和展望。     

基于导电纤维的柔性电子器件研究进展

柔性电子器件具有优异的灵活性,实现了与服装的无缝集成,在各种实际的可穿戴应用中具有巨大的潜力。一维纤维状电子器件由于其优异的柔韧性、可编织性及舒适性成为智能可穿戴领域的研究热点。首先,综述了用于纤维状柔性电子器件的一维可拉伸电极的研究进展,然后详细介绍了高性能一维纤维状柔性电子器件制备过程中具有代表性的导电材料、制造技术及一维柔性纤维进一步应用于各类电子器件的主要制备方法,另外总结了近年来基于柔性纤维状电子器件在智能可穿戴领域的应用。最后对一维纤维基智能可穿戴电子器件的机遇和挑战进行了批判性思考。      

用于能量收集的离子热电材料研究进展

热电材料是一种能实现热能和电能之间相互转化的功能材料,可以对化石燃料燃烧、工业生产等过程产生的废热进行回收再利用,在小型热电发电机、太阳能电池、智能传感器等方面具有良好的应用前景。随着现代科技的发展,热电功能材料逐渐应用于小型可穿戴设备,这对热电材料的安全无毒、稳定高转换效率和柔性等提出新的要求。相较于电子型热电材料,离子型热电材料具有高Seebeck系数、柔性可拉伸性和低毒低污染等优点,因此不论在热电发电装置还是小型可穿戴设备上均具有很好的应用潜力。本文详细阐述了在热原电池、离子热电电容器等能量收集装置中的离子型热电材料的研究进展,并分析了离子热电材料在可穿戴能量转换装置应用中所面临的问题和挑战,以期为制备安全无污染、稳定高效的新型柔性可穿戴设备提供新的方向。     

聚合物离子凝胶基体体系、改性方法及应用研究进展EI

聚合物离子凝胶是一种由离子液体(IL)和聚合物基质构成的新型凝胶体系,具有优异的可拉伸性、较高的电导率和较好的稳定性,在柔性电子产品领域具有广阔的应用空间,备受国内外研究者关注。通过调研整理近年来相关领域的研究进展,本文综述了聚合物离子凝胶材料的基质分类,讨论了导电水凝胶的改性方法,阐述了离子凝胶在相关领域的应用,并在此基础上总结展望了聚合物离子凝胶面临的挑战与未来的发展方向。指出开发具有优异力学性能、高电导率、可降解的离子凝胶是未来研究的重点。同时,提高离子凝胶的环境稳定性,降低离子凝胶的制备成本是实际应用中亟须解决的难题。离子凝胶的制备与应用研究将促进柔性电子材料的飞速发展。     

聚合物离子凝胶基体体系、改性方法及应用研究进展EI北大核心

聚合物离子凝胶是一种由离子液体(IL)和聚合物基质构成的新型凝胶体系,具有优异的可拉伸性、较高的电导率和较好的稳定性,在柔性电子产品领域具有广阔的应用空间,备受国内外研究者关注。通过调研整理近年来相关领域的研究进展,本文综述了聚合物离子凝胶材料的基质分类,讨论了导电水凝胶的改性方法,阐述了离子凝胶在相关领域的应用,并在此基础上总结展望了聚合物离子凝胶面临的挑战与未来的发展方向。指出开发具有优异力学性能、高电导率、可降解的离子凝胶是未来研究的重点。同时,提高离子凝胶的环境稳定性,降低离子凝胶的制备成本是实际应用中亟须解决的难题。离子凝胶的制备与应用研究将促进柔性电子材料的飞速发展。     

室温下羧甲基纤维素导电水凝胶的快速制备及在柔性应变传感器的应用

导电水凝胶由于具有足够的灵活性、耐用性和功能多样化的独特特性,在柔性应变传感器领域具有巨大的发展前景。然而,制备水凝胶的聚合过程大多耗时、耗能且会使用有毒的交联剂,严重阻碍了其在这一新兴领域的实际应用。文中通过木质素磺酸钠/Fe³⁺组成的新型动态氧化还原体系,以羧甲基纤维素钠(CMC)和丙烯酸(AA)为基本原料,在室温快速制备了具有良好力学性能(拉伸强度435 kPa、断裂伸长率1043%)、较高离子电导率(2.23 S/m)、良好传感灵敏度(GF=2.76)及电自修复能力的CMC/PAA/Fe³⁺导电水凝胶。基于该凝胶所制备的应变传感器可以通过稳定且可重复的电信号检测人体大幅度或细微的运动,展现出了其在个人健康监测、人体运动检测和人机交互中的潜在应用价值。在室温快速制备水凝胶的方法为构建用于各种传感应用的导电水凝胶提供了新的思路。     

PVA/β-CD复合水凝胶的制备和性能研究

采用溶液共混法将β-环糊精（β-CD）添加到聚乙烯醇（PVA）中,然后通过冷冻-解冻法制备了PVA和β-CD复合水凝胶。通过核磁共振、红外、扫描电镜、X射线衍射、热重分析对材料的结构与性能进行表征,并研究了材料的亲疏水性及其细胞相容性。结果表明PVA和β-CD可用于制备新型PVA/β-CD复合水凝胶。通过改变β-CD的添加量可调节复合水凝胶的亲疏水性。初步体外细胞实验表明该复合水凝胶无细胞毒性。PVP/β-CD复合水凝胶是一种有发展前景的生物材料。     

聚对二氧环己酮/聚乙烯醇复合水凝胶的制备及性能

在聚乙烯醇(PVA)水凝胶的网络中引入完全生物降解的聚对二氧环己酮(PPDO),采用冻融法制备出生物降解周期可控的PPDO/PVA复合水凝胶。通过调整低分子量PPDO与高分子量PVA之间的比例,使PPDO柔性分子链与PVA分子链之间形成聚合物网络互穿结构,实现改善水凝胶力学性能和生物降解性能的目的。采用红外光谱、扫描电镜和万能试验机对水凝胶进行了结构表征和性能测试;并通过溶胀性能及失水性能测试、降解性能测试和抑菌性测试对水凝胶进行了研究。结果表明,PPDO/PVA复合水凝胶呈现出孔隙均匀的三维网络结构,拉伸强度和压缩强度与纯PVA水凝胶相比提高了1～3倍;在37℃的PBS缓冲溶液中降解,降解速率明显提升,35 d可以降解45%,且在伤口愈合的周期内保持优异的力学强度。平板细菌培养实验证明了复合水凝胶具有抑菌的特性。PPDO/PVA复合水凝胶在伤口敷料领域具有广泛的应用前景。     

PEGDA/SA复合水凝胶的制备及性能研究

通过SLA 3D打印和离子交联的方法制备出聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)/海藻酸钠(SA)复合水凝胶。探究了PEGDA和SA不同含量对复合水凝胶溶胀性能、力学性能和热动态分析的影响。溶胀测试结果表明,PEGDA含量的降低或SA含量的上升的均能有效提高水凝胶的吸水速率和平衡溶胀率;压缩性能测试结果表明,SA网络的引入有助于提高凝胶的极限压缩应变和能量耗散性能,PEGDA/SA含量为50/2.5的复合水凝胶极限压缩应变达到30.4%,比相同PEGDA含量的单网络水凝胶提升了45.4%;数字散斑分析结果表明,复合水凝胶的泊松比复合水凝胶的泊松比在0.35~0.5之间;DMA结果标明,复合水凝胶在-20~100℃之间拥有相同的物质结构,SA的加入并没有影响到材料的玻璃化转变温度。     

导电织物制备方法及应用研究进展

织物面料由于其优异的柔韧性及透气吸水特性,越来越多地被选择为柔性电子器件的衬底材料,并被广泛应用于可穿戴电子领域。其中如何实现普通织物具有导电性,并满足弯曲、拉伸,甚至洗涤状态下仍然保持电学稳定性,是各种织物基可穿戴电子器件的基础。本文首先综述了当前制备导电织物的各种方法,并依次展开论述,总结各方法的优缺点,指出导电织物研究中亟待解决的问题,主要包括实用性、舒适性、规模化、低成本等;最后对导电织物在柔性可穿戴电子中的应用进行了介绍,并对其未来发展趋势进行了展望。