南林韩景泉教授课题组《InfoMat》：环境耐受离子凝胶-弹性体多模传感器

2023-03-28 来源：高分子科技

导电凝胶基柔性传感器在软机器人和人机交互等领域有着重要的应用前景。然而，研发具有环境稳定性、长期保水性、生物相容性和光学透光性的凝胶基多模传感器仍面临挑战。

近日，南京林业大学韩景泉教授课题组通过自由基聚合制备了纤维素基导电离子凝胶，结合聚二甲基硅氧烷弹性体封装以及硅烷界面改性策略，实现了外层弹性体与内层离子凝胶的同步形变，研发了一种基于核壳结构透明离子凝胶—弹性体杂化物的新型应变-温度多模传感器件（图1）。该传感器具有高透光度（~91.2%）、抗疲劳性、长期保水性（>98%）、环境耐受性（工作温度-20~60°C）和良好的生物相容性，可同时实现对温度—应变叠加信号的无干扰采集（电阻温度系数-1.1% °C^-1，在-20~60°C宽温度范围内的应变传感灵敏度~3.8），进而可对全范围人体运动进行精准监测（图2和图3）。基于此传感器的优异性能，研究人员进一步设计了一种具有生物相适性、光学伪装性、水下信息传输和物体识别功能的非接触式水下传感器件（图4）。该工作拓展了凝胶传感器在极端环境下的人体健康监测和水下安全监控等领域的应用。

图1. （A）水凝胶-弹性体杂化物的制备机理；（B）仿生人类皮肤的器件组装结构；（C）PAM和S-PAM水凝胶的DSC曲线；（D）S-PAM水凝胶的微观形貌；（E）凝胶-弹性体杂化物的透射率。

图2. 传感器的全范围运动监测。

图3. 传感器的温度响应性和保水性。

图4. （A-C）应变传感阵列；（D-E）温度传感阵列；（F-G）水下无接触传感；（H-J）生物相容性。

相关工作以“Environment-tolerant ionic hydrogel–elastomer hybrids with robust interfaces, high transparence, and biocompatibility for a mechanical–thermal multimode sensor”为题，在线发表于《InfoMat》（IF：24.798，中科院材料科学大类排名：TOP 11）。南京林业大学是第一完成单位，陆亚博士为第一作者，韩景泉教授为唯一通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金、江苏省“青蓝工程”和“333工程”等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/inf2.12409

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（责任编辑：xu）

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