福建物质结构所导电水凝胶传感器在人工智能和人机交互领域显示巨大应用潜力

成果简介

导电水凝胶由于其优异的机械性能和高拉伸应变敏感性，在人工智能和人机交互领域显示出巨大的应用潜力。可靠的回弹性、优异的粘度和高应变灵敏度的集成是导电水凝胶的巨大挑战。本文，中国科学院福建物质结构研究所官轮辉课题组在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Self-adhesive electronic skin for ultra-sensitive healthcare monitoring”的论文，研究受具有分层结构的人体皮肤的启发，甘油首先被引入双网络结构中，以制备具有氢键的水凝胶，赋予水凝胶高弹性和附着力。将氧化石墨烯和碳纳米管的混合物喷涂在水凝胶上作为导电层，以实现高应变传感。

然后，采用原位聚合法制备了韧性好、回弹性高的水凝胶作为弹性层。受益于其独特的裂纹反应机制，该集成传感器显示了高灵敏度。此外，它呈现出广泛的应变范围（0-300%），对具有与人体相似的弹性模量的猪皮的超强粘附力（56.9 N m-1），以及低滞后。这项研究为改进用于医疗保健监测的可穿戴电子设备提供了一个可行的解决方案。

图文导读

图1、水凝胶的设计与表征

图2、 水凝胶作为粘接层的粘接性能

图3. 水凝胶机械性能的证明

图4 、PPGCG水凝胶传感器的传感性能

图5、人体运动监测中传感器的数字图像和相应的电信号响应曲线

小结

综上所述，本文提出了基于水凝胶和氧化石墨烯/碳纳米管（GO / CNT）导体的多功能可穿戴传感器。该传感器是由具有优异回弹性的弹性层、粘合层和由GO/CNTs混合物形成的导电层组成的夹层结构。由于其独特的基于裂纹的传感机制，它具有高灵敏度（GF = 20）。此外，它还具有广泛的应变范围（高达300%），出色的稳定性和耐用性。与其他传感器不同，该传感器不仅可以准确识别身体的小幅度运动，例如语音和心率，还可以准确识别大运动，例如膝盖运动和手指弯曲。所有这些特性表明，本研究的多功能柔性传感器是一种出色的电子设备，具有医疗监测和软机器人、电子皮肤和人工智能设备开发的潜力。

文献：

https://doi.org/10.1039/D2TA08628J