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【介紹】
近年來，柔性電子傳感器因其在可穿戴電子設備、軟仿生機器人和人造電子皮膚中的廣泛應用而備受關注。眾所周知，人體在受到刺激時，會將外界刺激轉化為生物電子信號。受生物傳感器的啟發，最近開發了許多基于各種導電材料的柔性電子傳感器。水凝膠是一種多功能復合高分子材料，具有明顯的物理和/或化學交聯的 3D 網絡結構和豐富的含水量，具有大量可逆的分子相互作用，如疏水締合、主客體相互作用、電子相互作用、 金屬-配體配位、動態共價鍵以及氫鍵。這些親水聚合物是化學或物理交聯的，因此水凝膠具有吸收和保留大量水分的能力。 水凝膠通常也可以附著在任何表面上，例如我們的皮膚。 獨特的三維多孔網絡結構引起了可穿戴電子設備、假肢和軟體仿生機器人等各個領域的廣泛興趣。這些應用對水凝膠電子傳感器的靈敏度、拉伸性和自愈性能提出了更高的要求。然而，一些水凝膠傳感器往往具有低靈敏度或非線性。水凝膠的粘度對外力的機電響應也有影響，傳輸的信號往往有噪聲，可能有滯后和波動，快速自愈聚乙烯醇水凝膠作為高靈敏度應變壓力。
【摘要】
導電和生物相容性混合水凝膠成功組裝成粘性、柔性的可穿戴傳感器，用于超靈敏的人機交互和智能檢測，具有出色的自愈能力。這種導電、可修復和生物相容性混合網絡水凝膠由 MXene、PEDOT:PSS、聚乙烯醇和聚多巴胺的動態超分子交聯形成。它使用導電功能化的 MXene（碳化鈦）和 PEDOT:PSS 作為導電網絡。PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA有機水凝膠具有優異的自我修復能力（1.8秒內），可組裝成可修復、粘性、柔軟的智能傳感傳感器，可準確檢測人體的各種動作（包括彎曲手指和手腕、手勢識別、眨眼和表情變化）。
圖 1 (a) PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 有機水凝膠制備工藝流程圖。(b) PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 有機水凝膠拉伸前后的光學圖像。(c) PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 有機水凝膠的 SEM 圖像。(d) 有機水凝膠的可塑性。
此外，它還可以組裝成智能傳感器，用于速度識別和手寫識別。由于PVA的加入，導電水凝膠具有良好的生物相容性。因此，它可以安裝在假肢上實現觸摸屏功能，解決硅膠假肢難以控制屏幕的問題，表明其在仿生智能機器人領域有著巨大的應用前景。因此，可拉伸和柔性的水凝膠電子傳感器由于其優異的自愈能力、粘附性能和可穿戴能力，在人體運動檢測和智能檢測方面具有巨大的潛力。
圖 3. (a) PVA-PDA 和 PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 水凝膠的示意圖，以及 (b) 基于 PSGP 的傳感器在拉伸和加壓處理下的導電組件的示意圖。
圖 5 可逆自愈示意圖。
相關論文以題為Fast self-healing multifunctional polyvinyl alcohol nano-organic composite hydrogel as building blocks for highly sensitive strain/pressure sensors發表在《Journal of Materials Chemistry A》上。通訊作者是中國石油大學張冬至副教授。
參考文獻：
doi.org/10.1039/D1TA05586K
封面圖源自于圖蟲創意
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