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太原理工大学张虎林教授团队《Compos. Sci. Technol.》：高适应性的热电水凝胶无源盲文传输接口
2023-05-13  来源：高分子科技
关键词：热电水凝胶 热电有机水凝胶电解质 自供电 信息传输 人机交互

  在信息时代，人们生活改善和社会进步越来越依赖于广泛使用的电子设备。对于视障人士来说，电子设备用作身体功能的补偿意义重大，使他们能够更容易地获取信息和交流。其中人机交互在盲文信息交流方面取得了很大的进步，实现了视障人士、正常人和辅助设备之间的交互。


图1. 语音盲文传输接口的设计


  近期，太原理工大学信息与计算机学院张虎林教授团队以Sn2+/Sn4+为氧化还原电对，以NaCl为额外的电解质，制造了一种热电有机水凝胶电解质（OHE），它显示出良好的机械和热电性能，塞贝克系数可达-1.62 mV/K。由于水和DMSO之间存在强氢键，OHE表现出抗冻、耐干燥的特性并具有较宽的工作温度范围（-20到60 ℃），因此在恶劣的环境中也能保持稳定的机械性能和热电输出性能。鉴于水凝胶良好的综合性能，OHE被集成为3×2的自供电盲文传输接口，它可以轻松地将有规律的手指触摸转化为视觉文本和听觉反馈，实现了自供电实时盲文传输和读出。将OHE应用于语音盲文传输接口的策略揭示了热电转换在信息传输和人机交互中的巨大可能性。该工作以“A self-powered thermogalvanic organohydrogel-based touch-to-speech Braille transmission interface with temperature resistance and stretchability”为题发表在《Composites Science and Technology》上（Composites Science and Technology 2023，239，110077），IF=9.8。文章第一作者是太原理工大学硕士研究生李宁，通讯作者为张虎林教授和张益霞副教授，该研究得到山西省自然科学基金和山西省科技合作与交流专项的支持。 


图2. 水凝胶力学性能表征 


图3. 水凝胶综合热电性能表征 


图4. OHE用于自供电盲文传输的应用展示


  该成果是张虎林教授团队关于凝胶热电器件研究的最新进展之一，这项工作构想了基于热电效应的热电转换技术在信息传输和人机交互中的广阔前景。在过去的两年中，团队制备了一系列基于不同聚合物网络和热电氧化还原对的热电凝胶器件，并致力于开拓凝胶热电器件的应用场景。取得了一系列的研究成果，具体详见：新型氧化还原对SO4/32- 的热电水凝胶(Nano Energy. 2023, 106, 108077)，用于热管理和热回收的无水热电凝胶(ACS Appl. Polym. Mater. 2023, 10.1021/acsapm.3c00481)，基于深度学习算法的婴儿智能监护系统(Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2204803)，太阳能热能收集器件(Nano Energy. 2022, 100, 107449，Sens. Actuat. A-Phys, 2023, 354, 114305)，无源呼吸、体温等体征监测策略(ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022, 14, 48743，ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021,13, 37306，J. Mater. Chem. C, 2022, 10, 13789，Nano Research, 2023, 10.1007/s12274-023-5621-2)等。


  作者简介： 张虎林，太原理工大学教授、博士生导师、学术委员会委员，山西省青年拔尖人才、三晋英才-拔尖骨干人才、山西省高校科技功勋，山西省青年科技工作者协会理事、中国青年科技工作者协会理事、四川省杰出青年基金获得者。2014年博士毕业于重庆大学，2012年8月到2014年1月赴美国佐治亚理工学院联合培养，2017年在香港理工大学访学1年。研究领域为微纳能源收集与无源传感。目前，已在Adv. Mater.、Nano Lett.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy等国际一流学术刊物上发表SCI论文100余篇，其中第一/通讯作者45篇（22篇IF>10），论文被引用6500余次，h因子为39，申请美国专利4项、中国专利9项（已授权5项），所做的工作曾被CNN、BBC、NanoWerk、科学网、太原日报等报道，研究成果获评2019年山西省自然科学二等奖（排名第1）、JMCC Emerging Investigators-2022。主持国家自然科学基金青年项目、山西省自然科学基金、四川省杰出青年基金、国家重点研发计划子课题等，另参与多项国家级课题。


  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110077

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（责任编辑：xu）
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