北京林業(yè)大學(xué)：研究多功能MXene導(dǎo)電兩性離子水凝膠應(yīng)用于柔性可穿戴傳感器陣列

盡管在過(guò)去的幾十年里，基于導(dǎo)電水凝膠的柔性可穿戴電子設(shè)備已經(jīng)被開發(fā)出來(lái)，但它們的實(shí)際應(yīng)用由于不穩(wěn)定、脆弱、粘附性差、機(jī)械強(qiáng)度低和工作壽命短而受到嚴(yán)重阻礙。此外，以水為溶劑的傳統(tǒng)水凝膠不可避免地在低溫下凍結(jié)，即使在室溫下水也會(huì)蒸發(fā)，導(dǎo)致機(jī)械、電氣和傳感性能下降，以及縮短工作時(shí)間和使用壽命。

鑒于此，北京林業(yè)大學(xué)馬明國(guó)教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種具有高導(dǎo)電性、防凍性和保形黏附的兩性離子水凝膠，通過(guò)自催化增強(qiáng)系統(tǒng)可以在一分鐘內(nèi)成膠。單寧酸包覆的CNF上的兒茶酚基和Zn2+之間的氧化還原反應(yīng)可以激發(fā)APS產(chǎn)生自由基，結(jié)合Zn2+和MXene上的氧基的相互作用，引發(fā)了AM和SBMA共聚物的快速聚合，有效抑制MXene納米片的堆積和氧化，具備優(yōu)異的導(dǎo)電性（20℃時(shí)為30 mS cm-1）和機(jī)械性能（0.311 MPa，970%的應(yīng)變）。

兩性離子基團(tuán)、兒茶酚基團(tuán)和聚合物基底之間的氫鍵和分子間的相互作用，以及Zn2+的存在賦予了導(dǎo)電水凝膠良好的保水性、寬的工作溫度范圍和良好的低溫附著力（30 kPa）。這些性能使得兩性離子水凝膠可以作為柔性可穿戴傳感器，用于人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、手寫和語(yǔ)音識(shí)別。此外，將多個(gè)柔性傳感器組成三維陣列，可用于監(jiān)測(cè)力或應(yīng)變的空間分布和大小。兩性離子水凝膠在健康檢測(cè)、人機(jī)交互、柔性可穿戴傳感器等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景。