中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，安徽農業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院安徽省健康睡眠家居產(chǎn)品工程中心陳玉霞教授團隊在《Advanced Functional Materials》(中科院一區TOP, IF=18.5, 自然指數期刊) 發(fā)表生物質(zhì)基水凝膠柔性傳感器相關(guān)最新研究論文，題目為“Multifunctional Luffa Sponge Hydrogel with High Mechanical Strength, Fatigue Resistance, and Ionic Conductivity for Monitoring Human Vital Signs”。
生物質(zhì)基多功能水凝膠具有較高的機械強度、抗疲勞性和導電性，是制造柔性電子器件的理想材料。然而，同時(shí)實(shí)現上述互斥屬性仍然具有挑戰性。本研究采用簡(jiǎn)單溫和的自由基聚合方法構建了一種基于天然絲瓜絡(luò )（LS）纖維骨架的高機械強度、高離子電導率和多功能的水凝膠柔性傳感器 (WLSHG)。通過(guò)對LS進(jìn)行脫木素處理，釋放了纖維之間的緊密連接，保留了原有三維骨架的宏觀(guān)形態(tài)和柔韌性。
隨后，協(xié)同單寧酸（TA）-Fe3?的自催化體系和H2O/EG溶劑體系，在LS纖維骨架上實(shí)現了丙烯酰胺的原位聚合（PAM），形成聚合物包裹LS纖維骨架的獨特復合結構。得益于LS天然的強韌三維骨架結構以及分子間的多重相互作用，WLSHG水凝膠表現出卓越的機械強度和結構穩定性，可承受超過(guò)1000次的大形變循環(huán)測試。同時(shí)，體系中Fe3?作為導電介質(zhì)，結合LS骨架固有的微納多孔結構所構建的多尺度離子傳輸通道，使水凝膠獲得了優(yōu)異的離子電導率（0.124 S m?1）和壓力傳感靈敏度（2.03 kPa?1）。
基于上述特性，本研究進(jìn)一步將WLSHG水凝膠傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及機器學(xué)習算法相結合，成功實(shí)現了對人體靜態(tài)坐姿和動(dòng)態(tài)步態(tài)的高精度識別，展現了其在多場(chǎng)景生命體征監測中的應用潛力。這一研究為高性能生物質(zhì)基水凝膠傳感器的開(kāi)發(fā)和在家居領(lǐng)域的實(shí)際應用提供了一種新穎有效的方法。
安徽農業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院的碩士生曹浦森、博士后魏潔和碩士生張婷婷為該論文的共同一作，馬超副教授、陳玉霞教授和郭勇教授為共同通訊作者，安徽農業(yè)大學(xué)為論文完成的唯一通訊單位。作者感謝安徽省健康睡眠家居產(chǎn)品工程研究中心、安徽農業(yè)大學(xué)林業(yè)工程學(xué)科平臺提供的分析測試支持，該工作也得到中國博士后科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)青年基金、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計劃及安徽農業(yè)大學(xué)高層次引進(jìn)人才項目等資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202501131
