近日，化材學(xué)院林業(yè)工程學(xué)科生物基軟材料與阻燃功能材料團(tuán)隊(duì)以“Lignin Nanosphere-Modified MXene Activated-Rapid Gelation of Mechanically Robust, Environmental Adaptive, Highly Conductive Hydrogel for Wearable Sensors Application”（《基于木質(zhì)素納米球修飾MXene的力學(xué)強(qiáng)韌、環(huán)境自適應(yīng)、高導(dǎo)電水凝膠的快速凝膠化及其可穿戴傳感器應(yīng)用》）為題發(fā)表在工程技術(shù)領(lǐng)域國(guó)際期刊《Advanced Functional Materials》上（中科院1區(qū)TOP，IF=18.5）。論文第一作者為團(tuán)隊(duì)碩士畢業(yè)生曾子凡，青年教師厲世能博士為論文通訊作者，合作通訊作者為中科院物理所/長(zhǎng)三角物理研究中心的彭蠡副研究員。浙江農(nóng)林大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院為該論文第一單位和通訊作者單位。
作為一類兼具柔軟性以及導(dǎo)電性的新型“軟材料”，導(dǎo)電水凝膠已在智能傳感、個(gè)性化健康管理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，水凝膠材料在寒冷或炎熱的環(huán)境下結(jié)冰或脫水現(xiàn)象導(dǎo)致性能衰減甚至喪失（如力學(xué)、電學(xué)），極大地限制了該類水凝膠材料在復(fù)雜環(huán)境條件下的潛在應(yīng)變監(jiān)測(cè)應(yīng)用。同時(shí)，目前導(dǎo)電水凝膠體系還存在制備工藝復(fù)雜、周期冗長(zhǎng)等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響凝膠材料產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用進(jìn)展。因此，開發(fā)一種可室溫凝膠化的體系，用于獲得機(jī)械可靠、寬溫域、導(dǎo)電水凝膠材料勢(shì)在必行，但也極具有挑戰(zhàn)性。
基于此，本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備一種高延展（2139%）、高導(dǎo)電（2.8 S/m）及環(huán)境耐受性（-70~50oC）的納米木質(zhì)素修飾MXene/聚丙烯酸導(dǎo)電水凝膠（PAE/LM-Fe）。通過溶劑交換制備木質(zhì)素改性的MXene（LM），并與Fe3+構(gòu)筑形成室溫催化體系，能夠在室溫下實(shí)現(xiàn)水凝膠的快速制備（~mins），所得導(dǎo)電水凝膠擁有出色的傳感靈敏度（最大GF：2.8）、寬的檢測(cè)范圍（0%-947%）和快速的響應(yīng)性（311/340 ms）。同時(shí)，在極端環(huán)境下（高溫或低溫），PAE/LM-Fe基應(yīng)變傳感器仍然具有穩(wěn)定且可靠的應(yīng)變傳感性能，依然能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)、微弱的生理和呼吸狀態(tài)變化。
該項(xiàng)研究成果對(duì)于多功能水凝膠的設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)易化/批量化制備以及復(fù)雜環(huán)境（高低溫）下可穿戴電子器件的傳感應(yīng)用（人體生理信號(hào)監(jiān)測(cè)）與發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義和市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52203148）及浙江農(nóng)林大學(xué)科研啟動(dòng)項(xiàng)目等資助。
（化材學(xué)院 厲世能）
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