輕工學院張素風教授團隊在智能傳感領(lǐng)域發(fā)表系列成果

近日，我校輕工科學與工程學院（柔性電子學院）張素風教授團隊在多功能傳感器設(shè)計及應(yīng)用方面取得重要進展。相關(guān)成果發(fā)表在《SusMat》（IF=18.7）和《Advanced Fiber Materials》（IF=17.2）期刊上。

利用天然生物質(zhì)基離子導電水凝膠（ICH）構(gòu)筑柔性電子產(chǎn)品是實現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)性的有效途徑之一。然而，實現(xiàn)高強度、高韌性、導電性和多功能性的同時確保加工簡便性是極具挑戰(zhàn)的。團隊提出一種基于NaOH/尿素體系，聚離子液體(PIL)大分子功能化策略，以構(gòu)建高性能和多功能的多糖基離子導電水凝膠（例如，纖維素ICH）。該策略中，“軟”（PIL鏈）和“硬”（纖維素主鏈）結(jié)構(gòu)以及交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)共價和非共價鍵賦予水凝膠高機械強度（9.46±0.23 MPa 壓縮模量）、高拉伸性（214.3%）和韌性（3.64±0.12 MJ m^-3）。由于PIL的導電性、設(shè)計靈活性和功能兼容性，水凝膠顯示出高導電性（6.54±0.17 mS cm^-1）、自修復(fù)性（94.5±2.0%）、抗菌性、抗凍性、保水性和可回收性。此外，基于水凝膠的刺激響應(yīng)特性，實現(xiàn)了多模式傳感（應(yīng)變、溫度和濕度）。這種策略也被擴展到使用各種多糖（包括瓊脂、海藻酸鹽、透明質(zhì)酸和瓜爾膠）制備水凝膠。該策略為生物質(zhì)基水凝膠的設(shè)計及應(yīng)用開辟了新的視角。

研究成果以“Poly(Ionic Liquid) Functionalization: A General Strategy for Strong, Tough, Ionic Conductive, and Multifunctional Polysaccharide Hydrogels toward Sensors”發(fā)表在《SusMat》上。博士研究生姚雪為本文第一作者，張素風教授和錢立偉副教授為該論文的共同通訊作者。

導電水凝膠因其可調(diào)的機械性能和穩(wěn)定的導電性，成為柔性傳感器開發(fā)的重要基礎(chǔ)材料。在制備“綠色”、高性能柔性傳感器的過程中，源自天然纖維素的柔性水凝膠因其獨特的可再生、低成本、易改性和機械性能，其結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計正引起越來越多的關(guān)注。本團隊系統(tǒng)綜述了纖維素導電水凝膠的結(jié)構(gòu)特征、材料構(gòu)成和制備方法，重點討論了纖維素導電水凝膠的性能、增強策略和傳感特性之間的相關(guān)性。最后，對纖維素導電水凝膠目前面臨的挑戰(zhàn)及應(yīng)用前景進行了展望。該工作以題為“Cellulose-Based Conductive Hydrogels for Emerging Intelligent Sensors”發(fā)表在《Advanced Fiber Materials》上。博士研究生姚雪為本文第一作者，張素風教授和錢立偉副教授為該論文的共同通訊作者。

文章信息：

DOI: 10.1002/sus2.249

https://doi.org/10.1007/s42765-024-00418-4

（核稿：劉國棟 編輯：劉倩）