东南大学研发出用于实时彩色传感和电信号监测 薄膜柔性传感器
.杂化膜 构筑与性能
.实际应用
亮点小结
利用PDA 优点,杂化膜还具有优异 附着力和自愈性,在实际应用中可促进皮肤与膜 相互作用。即使在逐渐弯曲 情况下,也能紧密地结合在猪皮表面。与猪皮肤 粘附强度为零. Ncm- 。将两种绿色和红色结构色 薄膜组合后,重塑 薄膜经过 小时 自发自愈合,能够抵抗外力 作用,并表现出变色现象。
图 杂化薄膜 结构与微结构。a)聚合物导电水凝胶杂化结构色薄膜 形成过程和微观结构示意图。(b-g)扫描电子显微镜(SEM)图像b)胶体晶体模板,c)聚氨酯渗透胶体晶体,d)聚氨酯(PU)反蛋白石支架,聚合物导电水凝胶杂化膜 内部(e)、表面(f)和横截面(g)。(i)指(b);(ii)指(d);(iii)指(e-g)。
图 杂化膜 导电性和颜色感应性能。a-c)在a)零%、b) %和c) 零%应变下聚合物导电水凝胶杂化结构色膜结构色变化 光学图像。d)反射波长与拉伸强度 关系。e)拉伸薄膜时,相对电阻发生变化。
图 杂化薄膜 附着力和自愈性。a)高分子导电水凝胶杂化结构色薄膜在猪皮肤上逐渐弯曲 照片。b)两段混合结构彩色膜 自愈合过程。c)混合结构色膜 机械响应变色能力。
图 图案化自修复混合结构色薄膜。a-c)具有a)鱼、b) 叶花和c) 瓣 叶草形状 各种图案自修复杂交结构彩色膜 示意图和光学图像。
图 电导率对各种实时人体运动 响应。a-c)分别对a)手指、b)手腕和c)肘部 弯曲运动响应 聚合物导电水凝胶混合结构色膜 照片。α、β和γ分别表示手指、手腕和肘部弯曲运动 弯曲角度。d-f)薄膜 波长偏移值,分别对应于d)手指、e)手腕和f)肘部 不同弯曲角度。g-i)混合结构色膜 相对电阻随g)手指、h)手腕和i)肘部 不同角度而变化。
图文导读
新近,东南大学赵远锦教授在《AdvancedFunctionalMaterials》上发表了题为“Bio‐InspiredStretchable,Adhesive,andConductiveStructuralColorFilmforVisuallyFlexibleElectronics” 文章,他们从贻贝 粘附特性和变色龙 变色机理出发,提出了 种新颖 碳纳米管-聚多巴胺(PDA)和弹性聚氨酯(PU)聚合物杂化 结构色薄膜,用于可视化柔性电子。他们将导电CNTs-PDA填料引入弹性PU反蛋白石支架中,由于PU层具有良好 柔韧性和反蛋白石结构,使其具有稳定 拉伸性能和明亮 结构色彩。此外,由于PDA上含有邻苯 酚基团,使薄膜具有较高 组织粘附性和自愈能力,CNTs 引入使薄膜具有良好 导电性。该薄膜在拉伸过程中具有变色和机电特性,可作为双信号柔性人体运动传感器,用于实时彩色传感和电信号监测。这些特性表明,混合导电结构色薄膜可以提高柔性电子学 实用价值。
柔性电子器件在健康监测、传感皮肤、植入式器件等领域发挥着不可忽视 作用,其中,水凝胶由于其生物相容性、柔韧性以及人体组织般 机械性能而被认为是 种有吸引力 候选材料。通过整合导电填料,如碳纳米管(CNT)、石墨烯、金属纳米线和导电聚合物,这些水凝胶可以被赋予更好 电性能。此外,为了很好地匹配皮肤和设备之间 相互作用,这些导电水凝胶中 些还通过添加天然和合成粘合剂而具有粘合性能。尽管取得了许多进展,狗粮快讯网企业统计讯息,这些水凝胶由于其脆弱 性质,在保持良好 稳定性方面仍然面临着巨大 挑战。在实际应用中,不受控制 机械损伤会使其进 步 实用价值受到限制。因此,对于柔性电子器件来说,具有优异 粘附性、自愈合能力以及双重信号报告功能 稳定 水凝胶,仍然是人们非常期待 。
由于具有有序 反蛋白石纳米结构,PU水凝胶薄膜具有鲜艳 结构色,这是由光子带隙(PBG)特性决定 ,在光子带隙中,同 频率 光被禁止传播和选购性反射。杂化膜还具有碳纳米管封装 导电性能。碳纳米管体积百分比增加 薄膜电阻较小,表明具有更好 导电性。在拉伸过程中,复合膜不仅表现出PU反蛋白石层 颜色变化,而且还表现出导电区 电阻变化。颜色变化可以归因于衍射平面 面间距d逐渐减小。此外,狗粮快讯网据外媒报道,由于PU聚合物 弹性,随着杂化膜 拉伸,电阻 变化是可逆 。该复合水凝胶膜具有视觉信号响应和快速可逆 导电性响应 双信号特性。
考虑到其导电性、粘附性、自愈合性和结构颜色传感能力,该复合膜有望在柔性电子领域得到应用。为了说明这 点,通过将薄膜分别直接固定在手指、手腕和肘部来监测关节运动。在手指运动 情况下,当弯曲角度逐渐增大时,薄膜 结构色由橘红色过渡到绿色,即使手指连续运动也显示出良好 稳定性,表现出优异 光学传感性能。同时,记录了实时电阻变化,狗粮快讯网社会讯息,随着手指 变形,薄膜 电阻值有相应 增大或减小。该薄膜在动态活动中表现出变色能力和稳定灵敏 导电性,在实时彩色传感和电信号监测 柔性人体运动传感器中具有潜在 应用前景。
通过使用模板成型技术,可以容易地以不同 模式设计薄膜,例如鱼、 叶花和 瓣 叶草。在这 过程中,首先产生具有不同结构色 杂化膜。基于上述自愈特性,这些片段可以粘合在 起,形成 个完整 物体。这些复杂 图案薄膜使其成为不同领域 功能材料。
首先通过垂直沉积技术从 氧化硅纳米粒子 自组装中获得胶体晶体模板,然后通过复制模板,制备了PU反蛋白石结构 水凝胶膜。为了获得导电性好 可拉伸聚氨酯薄膜,将与CNTs-PDA互穿 聚丙烯酰胺(PAAm)引入反蛋白石支架 空隙中,其中CNTs-PDA作为导体,而丙烯酰胺(AM)单体在真空环境下被强制渗透到支架 纳米孔中并聚合形成薄膜 基底。
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