水凝膠離子二極管
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-26
水凝膠離子二極管的實例教程
最近，
武漢理工大學
陳文教授
，與
賓夕法尼亞大學張圭貞
（音：
Chang Kyu Jeong
）
/
王青（音：Q
ing Wang
）教授
團隊共同
提出了由
水凝膠中陰離子和陽離子離聚物的層狀結構形成的水凝膠離子二極管
。正如有限元分析所證實的那樣，
水凝膠離子二極管的潛在機制涉及由可移動的陽離子和陰離子形成耗盡區，以及隨后響應機械壓力而增加耗盡區的內置電位
。
由于嵌入的碳納米管和銀納米線電極提高了離子整流率，水凝膠離子二極管在 0.01 Hz 時表現出 ≈5 mW cm
-2
的功率密度和 ≈4 mC cm
-2
的電荷密度，優于電流幾個數量級的能量收集裝置。展示了自供電水凝膠離子二極管在觸覺傳感、壓力成像和觸摸板中的應用，傳感限制低至 0.01 kPa。這項工作有望為電子和能源設備中基于離子電流的離子電子學開辟新的機會。相關論文以題為
Hydrogel Ionic Diodes toward Harvesting Ultralow-Frequency Mechanical Energy
發表在《
A
dvanced Materials
》上。
【主圖導讀】
圖1
a) 水凝膠離子二極管的示意圖。b）自供電水凝膠裝置（頂部）和模制水凝膠納米復合材料的照片。c,d) 含有 PSSNa (c) 和 PDACl (d) 的水凝膠納米復合材料的 SEM 圖像。插圖：離聚物結構。
圖2
a) 在初始狀態或應力減小和機械釋放狀態下，圖示顯示了離子二極管的電氣行為和響應，包括電位圖。
展開 摘要
在文章編號
2100251 中，
印度拉吉夫甘地石油技術研究所
Umaprasana Ojha
教授
和同事利用
互穿聚合物系統 (SNIPSy) 策略的簡單補充網絡開發了強和超高含水量的水凝膠，作為固體電解質實施
，適用于柔性和可充電的水性鋅/鋰電池 適用于海底和其他極端條件，例如低溫、高壓和水下區域。
相關封面論文以題為
Supplementary Networking of Interpenetrating Polymer System (SNIPSy) Strategy to Develop Strong & High Water Content Ionic Hydrogels for Solid Electrolyte Applications
發表在《
先進功能材料
》上，同時收錄為封面。
封面圖
參考文獻
：
doi.org/10.1002/adfm.202170190
往期回顧
1.東華丁彬/武大鄧紅兵《ACS Nano》蘆葦葉啟發的二氧化硅納米纖維氣凝膠，用于耐鹽太陽能海水淡化
2.北化李曉鋒/于中振《AFM》超靈敏壓力/彎曲傳感器雙向冷凍軟而彈性層狀石墨烯氣凝膠的合理設計
版權聲明：
「
高分子材料科學
」旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。編輯水平有限
，
上述僅代表個人觀點。投稿，薦稿或合作請后臺聯系編輯。感謝各位關注！
展開 將載有治療性細胞的水凝膠注射到梗塞區域已顯示出治療 MI的潛力，但注入梗死區域的細胞總是面臨惡劣的微環境（例如高氧化應激、缺氧、免疫系統攻擊），進一步削弱了細胞植入后的存活能力和生物功能。這使得負載細胞的可注射水凝膠無法達到預期的治療效果。因此，改善心肌梗死后梗死區的微環境并且提高外源性干細胞的存活性成為一種重要的治療策略。
近日，天津大學劉文廣教授團隊制備合成了酪胺修飾的透明質酸（HA-Tyr）并與傳統中藥葛根素（PUE）反應，通過過氧化氫和辣根過氧化物酶（HRP）介導的酚間交聯形成可注射水凝膠，這種水凝膠能夠清除ROS，從而緩解梗塞區域的氧化應激。此外HRP可以催化H2O2分解產生氧氣，緩解MI受損部位的缺氧微環境。此外，通過聚兩性離子微凝膠包覆MSCs，不僅能夠保持MSCs的高存活率，還能夠保持干細胞的干性和促進旁分泌效應。這有利于解決干細胞注射到心梗區域后存活率低的問題，同時提高擴大干細胞用于心肌梗死的治療效果（圖1）。
Fig. 1. Schematic illustration of the preparation of an injectable HA-Tyr-PUE hydrogel encapsulating rBMSCs-laden PCB-PEG microgels, which can modulate microenvironment, maintain of stemness of rBMSCs and increase paracrine effect on treatment of MI.
展開 （a）PAM水凝膠電解質的照片。（b）凍干的PAM水凝膠的SEM圖像，（c）PAM水凝膠，ZnSO
4
/MnSO
4
鹽溶液和PAM水凝膠電解質的ATR-IR光譜。（d）PAM水凝膠電解質的奈奎斯特圖。
圖
4.
（a）透明和可拉伸的全細胞制備過程的示意圖。（b）最終的完整電池，（c）機械彎曲，（d）扭曲和（e）拉伸的照片。
圖
5.
（a）不銹鋼/電解質/不銹鋼電池中以鋅箔為參比電極的PAM水凝膠電解質的CV曲線，掃描速率為0.2至2.0 V之間的0.2 mV s
–1
。（b）CV曲線 以1 mV s–1處的鋅陽極（紅線）和α-MnO2陰極（藍線）的角度，其中PAM水凝膠電解質介于兩者之間，并且以鋅箔作為參比電極。（c）完全組裝的透明全電池的透光率和照片（插圖）。（d）透明無應變電池的前五個循環的CV曲線，掃描速度為0.1 mV s
–1
，介于1和1.8 V之間。（e）透明無應變電池在1 C電流密度下的循環性能。（f）透明無應變
電池在
1 C，電流密度為1 C時的第1次，第10次，第100次和第120次循環的GCD曲線。
圖
6.
（a）透明鋅離子電池在50％應變下的照片。（b）頂部電極在50％應變下的光學顯微鏡圖像。（c）在0–50％應變下整個細胞的透光率。（d）透明電池在0–50％應變下的GCD分布圖，并在1 C的電流密度下釋放到初始狀態。（e）透明電池在0–50％應變下在120循環下的循環性能 電流密度為1C。（f）透明鋅離子電池在0–50％應變下的奈奎斯特圖。
展開 水凝膠電解質基柔性鋅離子混合電容器（ZIHCs）由于其集成了鋅電池和電容器的互補優勢，正逐漸成為一種新興的、極具潛力的儲能設備。然而，鋅離子混合電容器仍面臨著能量密度和循環壽命之間失衡和鋅負極枝結晶的問題。與此同時，如何實現高性能的水凝膠電解質仍然存在一些挑戰：1）繁瑣的制備過程，需要長時間的高溫加熱（60-90 °C，超過2 h）、紫外線照射或有毒的促凝劑；2）性能不足，如力學強度低、粘接能力弱、低溫適應性差。因此，迫切需要設計一種簡便高效的方法制備具有優異機械穩定性的自粘和防凍型水凝膠電解質，從而滿足柔性鋅離子混合電容器在嚴苛的環境下工作。
鑒于此，北京林業大學楊俊團隊在前期研究的基礎上（Chem. Mater. 2018, 30, 3110?3121；ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 56509?56521），設計了一種基于“單寧酸-金屬離子”自催化效果的納米增強體系。該體系能夠在室溫下幾分鐘內制備出一種新型的抗凍粘附“鹽包水”聚兩性離子水凝膠電解質，極大地延長了柔性鋅離子混合電容器循環壽命（100000圈），并有效地抑制了鋅負極枝結晶的形成。進一步研究發現，組裝的鋅離子混合電容器在電化學性能和機械性能方面均表現出優異的低溫適應性，能夠在冰水浴和真空條件等嚴苛環境下正常工作。
展開 
水凝膠離子二極管的相關專題、標簽、搜索
水凝膠離子二極管的最新內容
來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
電子產品產生大量的熱量，這種熱量積累可能導致溫度超過安全限制，增加熱失效甚至組件燒毀的風險。盡管在柔性和可拉伸電子、熱安全性和穩定性方面的快速發展在很大程度上仍未得到探索。雖然一些研究建議采用高導熱材料(如液態金屬)來改善可拉伸電子產品的導熱性，但過熱情況下
來源 | International Journal of Heat and Mass Transfer
原文 | https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.123946
01
背景介紹
隨著科技的飛速發展，器件功率密度的提高和器件的小型化
來源 | ACS Applied Polymer Materials
原文 | https://doi.org/10.1021/acsapm.3c00481
01
背景介紹
隨著微電子技術的快速發展，電子元件尺寸的小型化和頻率的增加，導致巨大的功耗密度，所以會產生較大的熱量
1、水凝膠表面快速實現微結構按需生長
北海道大學龔劍萍教授和Tasuku Nakajima教授（共同通訊作者）等人基于雙網絡水凝膠的力觸發聚合機制提出了一種機械力壓印的（force stamp）方法，可在水凝膠表面快速實現微結構按需生長。研究首先發現，在玻璃模板上制備DN水凝膠時，由于陰離子型的第一網絡與帶負電的玻璃板之間存在電荷排斥
甲基丙烯酰化明膠（GelMA）由于具有生物兼容性好、可見光固化的特點，已廣泛應用于細胞3D培養、組織工程、生物3D打印等研究領域，已有上萬篇學術論文中采用了GelMA水凝膠。EFL團隊研制的GelMA產品具有批次穩定、服務專業等優點，自推出以來，已服務哈佛、劍橋、麻省理工、港大、清華、北大、浙大、上交等國內外高校的數百個課題組。
雖然水凝膠內部也自帶孔隙結構，但其孔隙過小，使得包裹細胞進行三維培養及生物
隨著工業化進程的不斷發展，大量的有機污染物被排放到環境中，對人類健康和生態環境造成了極大的危害。其中揮發性有機物的危害越來越受到人類的重視，成為當前研究的熱點之一。揮發性有機物有“三致”效應，能通過呼吸道，皮膚和飲食等方式進入人體，達到一定限值時，人體就會產生不適感，嚴重時會導致中毒，甚至死亡。2005年4月~2013年12月，我國開展了全國土壤污染狀況調查。調查結果不容樂觀，除了傳統的無機物污染外
高彈性材料在人類的技術發展進程中發揮了重要作用，比如人類社會早期發展的彈弓類武器或者陷阱等捕獵裝置。彈性材料利用形變儲存或釋放能量，其儲存或釋放能量的幅度以及效率取決于彈性形變的程度以及形變過程中的能量耗散率。對于需要彈性材料重復做功的應用場景而言，盡量減小其形變過程中的能量耗散率可以最大限度地發揮這類材料的優勢
人口老齡化對植介入醫療器械提出了緊迫需求。其間，在器械表面構筑親水潤滑涂層能夠有效減小其與組織界面的摩擦力、降低手術操作難度、減小病人痛苦、延長器械使用壽命。水凝膠是一類具有典型濕滑特征的高分子材料，表面修飾水凝膠涂層可以有效改變材料與器械表面的潤滑特征；但如何通過溫和而可控的技術手段實現水凝膠材料的涂層化修飾仍然頗具挑戰
近期，浙江大學汪浩教授、奚望副研究員以及哈佛大學鎖志剛院士團隊合作開發了一種基于PVA-ACSF水凝膠為離子導電體，PDMS為絕緣層的新型硬腦膜下皮層電極——hydrogel-elastomer neural interface (HENI)。相較于傳統的金屬電極，HENI電極具有高度的生物相容性，核磁兼容性以及與光成像技術聯用的多模態性特征
近期，浙江大學汪浩教授、奚望副研究員以及哈佛大學鎖志剛院士團隊合作開發了一種基于PVA-ACSF水凝膠為離子導電體，PDMS為絕緣層的新型硬腦膜下皮層電極——hydrogel-elastomer neural interface (HENI)。相較于傳統的金屬電極，HENI電極具有高度的生物相容性，核磁兼容性以及與光成像技術聯用的多模態性特征
