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轻工学院张素风教授在国际顶级期刊 《Advanced Functional Materials》上发表论文

2022-06-15 17:06 文、图/轻工学院

近日,我院张素风教授团队在国际材料领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》(IF=18.808)上发表题为“Super Stretchable, Self-Healing, Adhesive Ionic Conductive Hydrogels Based on Tailor-Made Ionic Liquid for High-Performance Strain Sensors”的研究论文。

近年来,柔软、灵活和智能的离子导电水凝胶具有优异的机械性能和稳定性、高灵敏度和导电性,在可穿戴设备、可植入器件、软机器人、人造皮肤以及人机交互系统等领域有广阔应用前景。然而,通过简单一步法构筑同时具有优异机械性能、高离子导电率、自修复、自粘附、保水性仍然是一个挑战。有鉴于此,该论文通过设计一种多功能性苯硼酸离子液体(PBA-IL)单体,在纳米纤维素(CNF)存在下,通过PBA-IL/丙烯酰胺(AM)一步聚合法,制备了一种具有半互穿网络结构的离子导电水凝胶(PAM/PBA-IL/CNF),该离子导电水凝胶能同时实现优异机械性、导电性和多功能性的集成。我校为论文的唯一通讯单位,2019级硕士研究生姚雪为第一作者,张素风教授和钱立伟副教授为该论文的共同通讯作者。

PBA-IL和PAM/PBA-IL/CNF水凝胶的设计

PAM/PBA-IL/CNF水凝胶应变传感器实时监测人体运动

该研究中,多功能PBA-IL单体具有以下特点:(i)苯硼酸基团和顺式二醇结构可形成动态硼酸酯键;(ii)咪唑盐的结构增加了水凝胶的离子电导率,并与系统中的其他组分产生氢键和静电相互作用;(iii)咪唑阳离子中的乙烯基促进水凝胶网络中多功能单体的强键合。此外,CNFs一方面作为应力增强相提高水凝胶力学性能;另一方面,CNFs表面的负羧基也促进了反离子的迁移,从而提高了离子电导率。该论文通过简单一步法制备的离子导电水凝胶传感器显示出优异的综合性能:(i)巧妙的结构设计和交联,无需使用复杂的组件,(ii)电气和机械性能之间的良好平衡,以及(iii)优异的粘附性、自修复性、保水性和透明度。

该论文报道的PAM/PBA-IL/CNF水凝胶为设计高性能和多功能传感器提供了一种新策略。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202204565


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