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受皮肤启发的高强度、粘性、可自愈且具备智能温度调节功能的水凝胶传感器,可通过一锅法(PET-RAFT)实现多传感应用
《Materials Horizons》:Skin-inspired high-strength, adhesive, healable and smart thermoregulation hydrogel sensors for multi-sensing via one-pot PET-RAFT
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年10月25日 来源:Materials Horizons 10.7
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复合水凝胶PNIPAM/PPy/ANF通过PET-RAFT紫外合成技术制备,机械强度达0.919 MPa,具备91%自愈率、强粘附性及温应变双模态传感(温度响应1.2%/°C,GF=1.37),光热转换使LCST降至31.9°C并实现9.6°C温差调控,为仿生皮肤应用提供新材料基元。
目前,具有优异物理化学性能和对多种外部刺激高度敏感的智能水凝胶传感器在模拟人体皮肤功能方面展现出巨大潜力。在本研究中,利用光诱导电子转移可逆加成-断裂链转移(PET-RAFT)技术,在紫外光照射下合成了聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)/聚吡咯(PPy)和对苯二甲酰胺纳米纤维(ANF)复合水凝胶(NP58A4H)。PPy和ANF的引入显著提高了水凝胶的机械强度,从PNIPAM水凝胶的0.1069 MPa提升至NP58A4H复合水凝胶的0.9190 MPa。此外,NP58A4H表现出显著的自修复能力(6小时修复后拉伸强度恢复91%)和强大的粘附性能(能够更好地与不同基底接触)。该传感器对温度变化(相对电阻变化率为1.2% °C?1)和应变变化(杨氏模量GF = 1.37)有有效响应,同时具备检测拉伸力和监测人体运动的能力。另外,PPy的光热转换特性使PNIPAM的最低临界溶解温度(LCST)相变温度降至31.9 °C,并且其对太阳辐射中的可见光具有选择性传输能力,可实现“透明-不透明”状态转换,从而实现高达9.6 °C的温度调节。这种具有优异综合性能的NP58A4H水凝胶,尤其是其高机械强度、自修复性、自粘附性以及同时对温度和应变的敏感检测能力,为模拟人体皮肤对触觉、压力和环境温度的感知提供了巨大潜力,有望应用于可穿戴医疗、人机交互和智能热管理等领域。
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