阳离子纤维素纳米纤维分散液态金属制备高灵敏度和自修复导电水凝胶用于应变传感器

作     者：武世豪 王炳艳 陈铎 刘小娜 王慧丽 宋兆萍 于得海 李国栋 葛少华 刘温霞 Shihao Wu;Bingyan Wang;Duo Chen;Xiaona Liu;Huili Wang;Zhaoping Song;Dehai Yu;Guodong Li;Shaohua Ge;Wenxia Liu

作者机构：State Key Laboratory of Biobased Materials and Green PapermakingQilu University of TechnologyShandong Academy of SciencesJinan 250353China Department of Optoelectronic Science and TechnologyQilu University of TechnologyShandong Academy of SciencesJinan 250353China Department of PeriodontologySchool and Hospital of StomatologyCheeloo College of MedicineShandong University&Shandong Key Laboratory of Oral Tissue Regeneration&Shandong Engineering Laboratory for Dental Materials and Oral Tissue RegenerationJinan 250012China 

出 版 物：《Science China Materials》 (中国科学（材料科学（英文版）)

年 卷 期：2023年第66卷第5期

页      面：1923-1933页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080202[工学-机械电子工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China(52172147 and 22006082) the Natural Science Foundation of Shandong Province(ZR2021MC034,ZR2021MB035,and ZR2020MB128) Shandong Province Key Research and Development Program(2021ZDSYS18) 

主　　题：hydrogel liquid metal emulsion cationic cellulose nanofibers strain sensor self-healing 

摘      要：作为一种多功能软填料,液态金属(LM)乳液为制备基于导电水凝胶的多功能应变传感器带来了新机遇.然而,界面张力和密度巨大的LM难以以稳定乳液的形式存在.本文中,我们展示了一种利用阳离子纤维素纳米纤维(CCNFs)包覆LM液滴来稳定LM乳液的策略.通过将CCNF稳定的LM乳液与丙烯酸(AA)混合并引发其原位聚合,以及在聚丙烯酸(PAA)、LM液滴和CCNF之间形成可逆的氢键、离子配位键和静电交联,制备了一种导电水凝胶CCNF-LM-PAA.得益于PAA与CCNF之间形成的可逆氢键、离子配位键和静电结合作用,CCNF-LMPAA水凝胶具有良好的导电性(1.54 S m^(-1))、较高的拉伸强度和断裂伸长率、粘附性和快速自愈合能力.CCNF-LM-PAA水凝胶作为应变传感材料,具有超高应变灵敏度(应变系数高达16.2)、低应变检测极限(1%)、短响应/恢复时间(107/91 ms)和良好的耐用性(300次循环).这些性能使得基于CCNF-LM-PAA水凝胶的应变传感器能够作为可穿戴电子器件用于监测各种人体活动.因此,利用CCNF稳定LM乳液引入静电结合作用,为提高基于LM乳液水凝胶的可穿戴电子器件的应变传感性能提供了一种实用的方法.