张同华教授、陈磊副教授课题组在多孔晶体水凝胶基智能穿戴设备领域取得重要进展
发布时间： 2024-10-19 13:48:08 已阅读：近日，我院张同华教授和陈磊副教授课题组在化学工程领域知名期刊《Chemical Engineering Journal》（IF:13.3）发表了题为“Multifunctional crystalline hydrogel with a multistage porous structure inspired by biomineralization and Ostwald ripening process: High elasticity, low hysteresis, and excellent sensing properties”的研究论文。
随着智能终端的普及，由导电水凝胶组装而成的柔性可穿戴电子元件在实时健康监测、临床诊断、医疗以及人机交互传感等领域的应用潜力愈发显著。然而，目前能够实现超高灵敏度的多孔凝胶材料通常存在网络孔隙结构不均匀、能量耗散机制匮乏、结构易塌陷和抗疲劳性较差等问题。张同华教授和陈磊副教授团队受生物矿化过程及奥斯特瓦尔德（Ostwald）熟化理论的启发，通过一锅法快速制备了一种电子-离子协同作用、具有多级孔结构的P(AM-CO-AA)-PDMM晶体水凝胶。该项研究中，丙烯酰胺和丙烯酸单体作为水凝胶基体，无机离子增稳的无定形碳酸钙用作功能填料和稳定的分散剂，多巴胺修饰的MXene“一石三鸟”充当交联剂、导电填料和增强体。多孔晶体水凝胶表现出出色的韧性（28 MJ/m3）、良好的导电性（4 s/m）、优异的传感性能（灵敏度和测量因子分别高达0.43 kPa-1和58.64）、宽检测范围（拉伸范围1–400%，压缩范围0–43 kPa）和快速响应恢复时间（500 ms和400 ms），同时兼具卓越的透气性、阻燃性和生物相容性。此外，该水凝胶可用作柔性电极准确收集和识别人体生理信号，以及组装成单电极摩擦纳米发电机进行能量收集，在自供电智能穿戴设备中显示出巨大潜力。
西南大学蚕桑纺织与生物质科学学院纺织科学与工程专业2022级硕士研究生胡怀其为论文第一作者，张同华教授和陈磊副教授为通讯作者，西南大学为第一完成单位。该项研究得到了国家自然科学基金、重庆市自然科学基金、中央高校基本科研业务费、宜宾双城合作协议研究资助项目以及重庆市归国留学人员创业创新计划的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156601
供稿：胡怀其、陈磊 初审：刘祖兰
复审：徐汉福
终审：朱高峰