傳感器作為可穿戴設備的核心組件，其功能化決定了可穿戴設備的發(fā)展。應變傳感器具有隨機械形變可重復變化的電學特性以及類似人體皮膚觸覺的傳感靈敏度，有望應用于生物力學研究、人體健康監(jiān)測、嵌入治療傳感以及軟機器人的感覺皮膚。近日，北京林業(yè)大學材料學院的馬明國教授（點擊查看介紹）課題組與北京化工大學的萬鵬博（點擊查看介紹）課題組合作，在ACS Applied Materials & Interfaces 上報道了水凝膠應變傳感器領域的精彩研究。
將半導體與襯體整合或是摻雜導體于彈性體內等策略設計出的高傳感靈敏度應變傳感器已經得到很好的發(fā)展，但是其低延展性、較差的耐久性以及自身剛度導致不利于與皮膚的緊密貼合，為可穿戴性帶來了挑戰(zhàn)。聚合物水凝膠作為一種由大量水分和三維聚合物網絡構成的物質，具有類似生物軟組織的柔軟性，而且還展現出優(yōu)于傳統(tǒng)聚合物的延展性、自修復能力和自恢復性，成為可穿戴或可嵌入設備的理想柔軟基體材料。然而，如何將可觀的機械性能和高傳感靈敏度整合到一起，設計出一款可伸縮、彈性、自修復、應變敏感的水凝膠作為可穿戴傳感器仍然存在挑戰(zhàn)。
受自然界中具有多級網絡結構和優(yōu)良機械性能的生物軟組織啟發(fā)，北京林業(yè)大學與北京化工大學的研究團隊通力合作，模仿軟組織的多級結構，通過向PVA和PVP共價交聯(lián)的“軟”聚合物網絡中引入三價鐵離子與羥基之間配位綁定的納米纖維素增強區(qū)域來制備功能網絡水凝膠，構建了協(xié)同“軟-硬-軟”的三明治多級結構，成功將可伸縮性、彈性、自修復性、高應變敏感度整合到一起，設計了一款高性能、柔軟、可穿戴的水凝膠應變傳感器。
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