朱雨田教授课题组：具有温度和应变传感功能的柔性高透明离子凝胶

baozhang

仿皮肤型传感材料在人体运动监测、医疗健康管理和人机交互等领域具有广泛的应用潜力。近年来，基于离子型的传感材料（比如离子导电的水凝胶和离子凝胶），因具有高拉伸性，灵敏度和透明性而备受关注。然而离子导电的水凝胶材料的环境稳定性较差，传感性能随所得水凝胶的脱水而降低。
        近期，朱雨田教授课题组选用离子液体（IL）作为导电组分，和热塑性聚氨酯（TPU）复合，得到具有应变和温度敏感特性的柔性、透明和抗菌的多功能离子凝胶型传感器（图1）。作为应变传感材料时，离子凝胶材料具有较宽的应变响应范围（0.1-500%）和快速的响应时间（96 ms）和回复时间（119 ms）；在拉伸应变50%条件下经过1000次加载/卸载循环后，表现出优异的重复性和稳定性（图2）。作为温度传感材料时，离子凝胶的温度检测精度低至0.1 oC，温度检测范围在-40-100 oC，具有优异的抗冻性和耐高温性，并在拉伸状态下仍能保持优异的温度敏感行为（图3）。基于离子凝胶优异的应变和温度传感性能，一方面，该传感材料可用于监测人体微妙运动（例如，脸颊凸起和说话）和大幅度运动（例如，手指和手腕的弯曲）；另一方面，还可以监测各种温度变化信号（例如，手机充电引起的温度变化）（图4）。同时，这种基于离子凝胶的传感材料具有明显的抗菌能力和良好的生物相容性。相关论文以“Flexible, Transparent, and Antibacterial Ionogels toward Highly Sensitive Strain and Temperature Sensors”为题，发表在《Chemical Engineering Journal》上。

图1. 离子凝胶的结构

图2. 离子凝胶的应变传感性能分析

图3. 离子凝胶的温度传感性能分析

图4. 离子凝胶的应用

        杭州师范大学联合培养硕士研究生姜妞为文章第一作者，通讯作者为青年教师常晓华博士和朱雨田教授。该课题得到了浙江省自然科学基金和国家自然科学基金等项目的资助与支持。
       论文页码及链接：Chemical Engineering Journal 2021, 424, 130418;
       DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130418


       文章来源：杭州师范大学
       朱雨田，男，博士，杭州师范大学教授，2006年毕业于中国科学院长春应用化学研究所，获得理学博士学位，2006年至2008年，加入比利时天主教鲁汶大学化工系从事博士后研究，2008年至2010年，加入美国孟菲斯大学化学系从事博士后研究，2010年10月，作为从国外招聘的研究骨干任中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室副研究员，2018年12月，作为特聘教授全职到杭州师范大学工作，主要从事高分子复合材料结构与性能的研究。近年来，主持国家自然科学基金项目3项、省部级项目2项，以研究骨干参与国家基金委重大研究计划重点项目1项。以第一作者/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed、ACS Nano和Macromolecules等杂志发表SCI论文60余篇，影响因子大于3.0论文40余篇，授权中国发明专利1项，获吉林省自然科学学术成果奖二等奖一项。