导电水凝胶在柔性电子器件领域的研究进展

导电水凝胶是一种具有仿生性能和电化学性能的新型材料,良好的生物相容性、柔韧性和导电性使其在柔性传感器、人工智能等领域应用广泛。概括了导电水凝胶的主要分类,并重点阐述在应变传感器、摩擦纳米发电机、超级电容器以及生物电子器件领域中的应用,最后总结目前存在的问题和不足,并对未来发展进行展望。     

导电水凝胶在柔性可穿戴传感器的应用研究进展

目的 概述导电水凝胶在柔性可穿戴传感器方面的研究情况,挖掘其作为传感器件的应用潜能。方法 查阅大量相关的文献,对导电水凝胶在柔性可穿戴传感领域的最新进展进行归纳与总结。按水凝胶网络分类的4种导电水凝胶,总结归纳其设计、合成、结构和潜在应用。讨论导电水凝胶的导电性、力学性能、黏附性、防冻性能、自愈性能和各式响应性等功能性能的影响因素,总结自黏性、防冻性、自修复和其他多种优秀性能的柔性可穿戴传感器。结论 导电水凝胶是一种具有多功能的独特刺激响应性的功能材料,在柔性可穿戴传感领域进行深入探究具有重大意义。     

导电复合水凝胶的分类及其在柔性可穿戴设备中的应用

近年来，基于水凝胶的导电材料及其作为柔性可穿戴设备的应用引起了人们的广泛关注。柔性可穿戴设备不仅可以采集人体生理信号用于远程健康监测，还在人机界面、软机器人等方面展示出巨大的应用潜力。导电水凝胶所具有的良好导电性、高延伸性、可调柔韧性、生物兼容性和多重刺激响应性等优点使其成为制备柔性可穿戴设备的理想材料。到目前为止，各种导电材料被广泛用于制作导电复合水凝胶。本文根据导电材料对导电复合水凝胶进行分类，包括离子导电水凝胶(基于盐离子、离子液体、聚电解质等导电物质)、电子导电水凝胶(基于导电聚合物基、碳材料、MXene和金属等导电物质)两大类，并介绍了导电水凝胶在人体运动监测、健康监测、人机界面等柔性可穿戴设备中的应用进展。     

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。     

中国科大成功制备新型柔性超级电容器

正近日,中国科学技术大学化学与材料科学学院马明明教授课题组设计了一种由导电聚苯胺和聚乙烯醇通过动态化学键交联形成的高强度超分子水凝胶,并将其作为电极材料,制备了具有高比容量和稳定性的柔性全固态超级电容器。该成果在线发表在Angew Chem Int Ed(DOI:10.1002/anie.201603417)上。论文的第一作者是课题组博士生李湾湾。具有电化学活性的水凝胶有望成为柔性储能材料,在柔性电子器件领域有广泛的应用前景。但现有的电活性水凝     

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。     

导电水凝胶中交联剂含量对综合性能的影响

以丙烯酰胺（AM）为基体原料,N, N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA）为交联剂,氯化钠（NaCl）为导电填料,采用自由基聚合的方法制备了聚丙烯酰胺（PAM）导电水凝胶,详细探究了交联剂含量对导电水凝胶力学行为和电学行为的影响。分别采用拉伸试验机和电化学工作站等手段对PAM导电水凝胶的力学性能及其导电行为进行了研究。结果表明：随着MBAA含量的增加,导致凝胶断裂伸长率及电导率下降,但回复性能提高。当将其组装成柔性传感器时,制备的导电水凝胶表现出了良好的传感性能（GF=1.76,ε=100%）,并能够有效监测人体手指和膝盖的运动,表明导电水凝胶在人体健康监测领域具有良好的应用前景。     

聚乙烯醇水凝胶功能化改性研究进展

PVA水凝胶化学性质稳定、无毒、生物相容性好、耐生物老化、吸水量高及易于加工,广泛应用于固定化载体、药物释放、组织工程等领域。综述了当前国内外聚乙烯醇水凝胶的制备方法最新研究进展,详细介绍了国内外关于聚乙烯醇水凝胶的力学性能、溶胀性能、细胞亲和性、智能化等改性方法的研究进展。最后展望了未来聚乙烯醇水凝胶功能化改性的研究方向和前景。     

高强高韧聚乙烯醇导电水凝胶的结构与传感性能

为了制备高强高韧导电水凝胶,采用能与聚乙烯醇(PVA)形成氢键相互作用的单宁酸(TA)为物理交联剂,以丙三醇和水为共溶剂制备得到具有纳米纤维网络结构的PVA/TA有机水凝胶;通过浸泡1 mol/L硝酸银溶液得到金属络合作用和氢键作用协同增强增韧的导电水凝胶。研究结果表明,当PVA和TA质量比为2:3时,水凝胶中TA与银离子能形成强烈的络合作用,进一步增强了TA与PVA分子链间形成的物理交联网络,凝胶内部形成了更为致密的网络结构,从而赋予导电水凝胶优异的力学性能,其强度、模量和韧性相较于未引入TA的PVA水凝胶分别提高了4.5倍、5倍和5倍。该导电水凝胶用于应变传感时,表现出优异的灵敏性(GF=99.4)、极高的线性度(R²> 0.99)和良好的循环稳定性(>500圈)。     

纳米纤维素基复合材料及其用于柔性储能器件的研究进展

纳米纤维素是一类具有大比表面积、高反应活性、高机械强度、良好生物相容性、优异热稳定性以及可降解等优异性能的纳米高分子材料。根据其来源、特性、制备方法,可大致分成纤维素纳米纤丝(CNF)、纤维素纳米晶体(CNC)、细菌纤维素(BC)三类,三者的微观形态和尺寸大小有所差异。纳米纤维素凭借其高抗张强度,在复合增强材料的填充应用上表现出优异的机械柔韧性,借此将其与导电聚合物、碳材料和金属化合物等导电物质复合,可形成具有优异力学性能和电化学性能的导电复合材料,这类材料在柔性储能器件等领域有着广泛的应用前景。本文重点回顾了纳米纤维素与多种导电物质复合制备导电复合材料的工艺方法及电化学性能表征,并概述了基于纳米纤维素的导电复合材料在柔性储能器件锂离子电池(LIBs)和超级电容器(SCs)上的应用研究进展,在总结相关研究的基础上进一步讨论了上述制备应用过程中存在的问题,并针对此类问题展望了纳米纤维素基导电复合材料在今后研究应用的重点和方向。     

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。     

聚合物基柔性导电应力应变复合材料的研究进展EI北大核心CSCD

柔性导电应力应变材料具有优异的拉伸性、导电性,在传感器、可折叠电子设备等方面有广泛的应用,其中聚合物基柔性导电应力应变材料因制备方法简单且性能优异而受到广泛的关注。文中综述了应用于应力应变传感方面的聚合物基柔性导体的制备方法的研究进展,包括直接混合法、表面改性法、喷涂打印法和渗透填充法以及表征手段,并总结了该领域存在的问题,展望了该领域今后的研究方向。     

增韧抗冻水凝胶柔性应变传感器研究进展

水凝胶作为一种结构与生物组织类似的柔性材料，被广泛地应用在柔性传感器等领域。但其内部含水量较大导致力学性能较差，且在低温环境下易结冰失效。本文从增韧机理、抗冻方法以及疲劳特性等方面对增韧抗冻水凝胶进行了综述。首先，对不同增韧机理水凝胶的力学性能以及内部结构进行了对比；其次，讨论了低温环境下水凝胶的抗冻方法；最后，总结了水凝胶在长时间静态或循环加载情况下的疲劳损伤特性。未来应致力于增加水凝胶的保水抗冻性能，深入研究水凝胶疲劳失效机理，以期为耐低温、抗疲劳水凝胶传感器的应用提供理论基础。     

PVA在缓释材料中的研究及应用

主要介绍了膜剂、水凝胶载药、包裹膜缓释等体系中,聚乙烯醇(PVA)医用、农用缓释材料的制备及应用原理,综述了各类PVA缓释材料在生物医学工程、农业生产等领域应用的研究进展.PVA材料所具有的亲水性、反应性、环保性、生物相容性等特点将赋予其广泛的医药及农业应用前景.     

聚合物基柔性导电应力应变复合材料的研究进展

柔性导电应力应变材料具有优异的拉伸性、导电性,在传感器、可折叠电子设备等方面有广泛的应用,其中聚合物基柔性导电应力应变材料因制备方法简单且性能优异而受到广泛的关注。文中综述了应用于应力应变传感方面的聚合物基柔性导体的制备方法的研究进展,包括直接混合法、表面改性法、喷涂打印法和渗透填充法以及表征手段,并总结了该领域存在的问题,展望了该领域今后的研究方向。     

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。     

多孔PVA/CNFs复合水凝胶的制备与性能

目的研究聚乙二醇(PEG)的加入对复合凝胶微观结构、溶胀性能和热稳定性的影响,扩大复合凝胶在包装领域的应用。方法以PEG为致孔剂,纳米纤维素(CNFs)为增强相,利用物理交联法制备出多孔聚乙烯醇/纳米纤维素复合水凝胶。结果 PEG作为致孔剂时可制得网络互穿结构的多孔水凝胶,复合凝胶的溶胀度可达到1000,相比于纯PVA水凝胶有极大的提高,同时加入CNFs的聚乙烯醇凝胶与纯的聚乙烯醇凝胶相比具有更好的热稳定性。结论这种有着高溶胀性和良好热稳定性的多孔复合凝胶可用于包装产品的保鲜与物流防护。     

智能纳米水凝胶的应用研究进展

智能纳米水凝胶既有尺寸小、比表面积大的特点,又有生物相容性好、可响应外界刺激发生体积和亲水—疏水性等物理化学性能变化的特性,还有响应速度比智能水凝胶快得多的优点,因此它在许多领域呈现出诱人的应用前景.该篇文章介绍了智能纳米水凝胶在药物输送与可控释放、医学诊断、生物传感器、生物材料、微反应器、催化剂载体、吸附与分离和水处理等方面的应用研究情况.最后对智能纳米水凝胶未来的应用研究前景提出了一些粗浅的看法.     

一种抗冻、可拉伸有机水凝胶的制备及 在柔性应变传感器中的应用

针对导电水凝胶柔性应变传感器在低温环境容易被冻结而发生失效的问题,通过溶剂置换策略制备了一种抗冻、可拉伸的聚多巴胺还原氧化石墨烯/海藻酸钠/聚丙烯酰胺（PDA-rGO/SA/PAM）有机水凝胶。实验结果表明：制得的有机水凝胶具有优异的抗冻性能、良好的机械性能以及灵敏的传感性能。此外,组装的有机水凝胶柔性应变传感器可以检测多种人体运动形式,例如手指弯曲、手腕弯曲、面部微表情等,对未来可穿戴柔性电子产品的发展起到了一定的推动作用。     

溶胶-凝胶法在制备生物掺杂纳米复合材料中的应用

应用室温下的湿化学溶胶-凝胶(sol-gel)平台可以制备无机基生物掺杂纳米复合材料.这种材料既具有因无机物基质特有的高强度、高稳定性、光学透明性而成为结构材料的特点,又具有因生物组份稳定性的提高和其化学和生物活性的保留而成为功能材料的特点.生物掺杂纳米复合材料是当前纳米材料及生物材料研究的热点领域之一,有广泛的应用前景.本文简要介绍了溶胶-凝胶法在制备生物掺杂纳米复合材料中的应用.