離子凝膠機(jī)械感受器的案例
《AM》上交谷國(guó)迎：皮膚離子凝膠機(jī)械感受器用于軟機(jī)器、生理傳感和截肢假體
電極層上的正負(fù)電荷吸引離子水凝膠層中相對(duì)較少的陽(yáng)離子和陰離子。在外部壓力下，層間的接觸面積顯著增加。更多的離子被吸引到界面上，從而大大增加了電容。c）由離子水凝膠、導(dǎo)電織物、VHB彈性體和墊片組成的超電容離子凝膠壓力傳感皮膚的設(shè)計(jì)架構(gòu)。
圖4，多重傳感陣列的應(yīng)用。
a) 安裝在人類(lèi)前臂上的一維觸控條，可以彈奏鋼琴。b) 在旋律播放過(guò)程中，觸摸條中七個(gè)通道的電容（ΔC/C0）的相對(duì)變化。c) 4 × 4 像素的 2D 計(jì)算器觸摸屏。d) 16 個(gè)像素的電容分布映射。e) 能夠識(shí)別測(cè)試圖案形狀的 2D 傳感陣列。f) 傳感陣列的電容分布映射。
圖5，柔軟仿生手的超靈敏觸摸皮膚。
a,b) 安裝在柔軟仿生手上的觸摸皮膚的實(shí)時(shí)多通道電容信號(hào)，對(duì)應(yīng)于 a) 輕質(zhì)螺母和 b）羽毛的加載和移除
。
c) 當(dāng)網(wǎng)球在仿生手上滾動(dòng)時(shí)，機(jī)器人皮膚的多通道電容信號(hào)。d) 當(dāng)電容的相應(yīng)變化超過(guò)閾值時(shí)，觸摸的單個(gè)手指或多個(gè)手指被編程為彎曲。e) 仿生手固定在工業(yè)機(jī)器人上的實(shí)驗(yàn)裝置照片。f) 動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程中觸摸皮膚的實(shí)時(shí)電容信號(hào)。
圖6，具有觸覺(jué)離子凝膠機(jī)械感受器的人在回路機(jī)器人系統(tǒng)。
a) 經(jīng)橈動(dòng)脈截肢者的照片，使用柔軟的假手與觸摸皮膚相結(jié)合，與蛋糕等易碎物體相互作用。b）在沒(méi)有觸覺(jué)反饋和單級(jí)反饋的情況下操作蛋糕時(shí)感覺(jué)假手的壓力響應(yīng)的比較。c) 連續(xù)按壓蛋糕時(shí)的多級(jí)觸覺(jué)反饋。d) 展示感覺(jué)假手區(qū)分不同形狀物體（成熟番茄、亞急性楊桃和多刺菠蘿）的能力。
【總結(jié)】
作者提出了一種基于軟超電容離子水凝膠的觸覺(jué)皮膚，能夠?yàn)榭纱┐麟娮釉O(shè)備和假肢機(jī)器人提供壓力感應(yīng)。
展開(kāi) 《AM》上交谷國(guó)迎：皮膚離子凝膠機(jī)械感受器用于軟機(jī)器、生理傳感和截肢假體
電極層上的正負(fù)電荷吸引離子水凝膠層中相對(duì)較少的陽(yáng)離子和陰離子。在外部壓力下，層間的接觸面積顯著增加。更多的離子被吸引到界面上，從而大大增加了電容。c）由離子水凝膠、導(dǎo)電織物、VHB彈性體和墊片組成的超電容離子凝膠壓力傳感皮膚的設(shè)計(jì)架構(gòu)。
圖4，多重傳感陣列的應(yīng)用。
a) 安裝在人類(lèi)前臂上的一維觸控條，可以彈奏鋼琴。b) 在旋律播放過(guò)程中，觸摸條中七個(gè)通道的電容（ΔC/C0）的相對(duì)變化。c) 4 × 4 像素的 2D 計(jì)算器觸摸屏。d) 16 個(gè)像素的電容分布映射。e) 能夠識(shí)別測(cè)試圖案形狀的 2D 傳感陣列。f) 傳感陣列的電容分布映射。
圖5，柔軟仿生手的超靈敏觸摸皮膚。
a,b) 安裝在柔軟仿生手上的觸摸皮膚的實(shí)時(shí)多通道電容信號(hào)，對(duì)應(yīng)于 a) 輕質(zhì)螺母和 b）羽毛的加載和移除
。
c) 當(dāng)網(wǎng)球在仿生手上滾動(dòng)時(shí)，機(jī)器人皮膚的多通道電容信號(hào)。d) 當(dāng)電容的相應(yīng)變化超過(guò)閾值時(shí)，觸摸的單個(gè)手指或多個(gè)手指被編程為彎曲。e) 仿生手固定在工業(yè)機(jī)器人上的實(shí)驗(yàn)裝置照片。f) 動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程中觸摸皮膚的實(shí)時(shí)電容信號(hào)。
圖6，具有觸覺(jué)離子凝膠機(jī)械感受器的人在回路機(jī)器人系統(tǒng)。
a) 經(jīng)橈動(dòng)脈截肢者的照片，使用柔軟的假手與觸摸皮膚相結(jié)合，與蛋糕等易碎物體相互作用。b）在沒(méi)有觸覺(jué)反饋和單級(jí)反饋的情況下操作蛋糕時(shí)感覺(jué)假手的壓力響應(yīng)的比較。c) 連續(xù)按壓蛋糕時(shí)的多級(jí)觸覺(jué)反饋。d) 展示感覺(jué)假手區(qū)分不同形狀物體（成熟番茄、亞急性楊桃和多刺菠蘿）的能力。
【總結(jié)】
作者提出了一種基于軟超電容離子水凝膠的觸覺(jué)皮膚，能夠?yàn)榭纱┐麟娮釉O(shè)備和假肢機(jī)器人提供壓力感應(yīng)。
展開(kāi) 浙江大學(xué)賈錚《AFM》用于柔性離子電子環(huán)境和機(jī)械穩(wěn)定的離子凝膠
圖3
離子凝膠的穩(wěn)定電性能。
圖4
離子凝膠的機(jī)械性能。
圖5
一種具有多模態(tài)感覺(jué)能力的新型離子皮膚。
【總結(jié)】
團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用高度可拉伸的共聚物網(wǎng)絡(luò)
P(MEA-co-IBA) 和疏水性 IL [C2mim][NTf2] 合成了一種在環(huán)境和機(jī)械上均穩(wěn)定的新型離子凝膠。由于共聚物基質(zhì)和離子液體的疏水性，所設(shè)計(jì)的離子凝膠在濕度變化的潮濕環(huán)境中不會(huì)吸收水分，并且即使在較長(zhǎng)時(shí)間施加機(jī)械載荷時(shí)也幾乎不會(huì)發(fā)生離子液體泄漏，這主要是由于氫離子和聚合物鏈之間形成的鍵將 IL 鎖定在共聚物基質(zhì)中。從這個(gè)意義上講，一般設(shè)計(jì)原則可以總結(jié)如下：
1）
使用長(zhǎng)鏈彈性體網(wǎng)絡(luò)和疏水性離子液體賦予離子凝膠良好的機(jī)械性能和環(huán)境穩(wěn)定性。
2）
利用彈性體網(wǎng)絡(luò)和
離子液體之間的分子相互作用（例如氫鍵）將液體組分鎖定在彈性體基質(zhì)中，賦予離子凝膠機(jī)械穩(wěn)定性。團(tuán)隊(duì)相信這里揭示的設(shè)計(jì)原則可以推廣到其他材料系統(tǒng)，用于設(shè)計(jì)環(huán)境穩(wěn)定和機(jī)械穩(wěn)定的離子凝膠。此外，團(tuán)隊(duì)首次研究了基于
IL 的凝膠的缺陷不敏感性：隨著離子凝膠的平均網(wǎng)孔尺寸隨著 IL 含量的增加而增加，離子凝膠的壓裂內(nèi)聚長(zhǎng)度從 0.51 增加到 1.03 毫米。這些值與彈性體和水凝膠報(bào)告的值相當(dāng)。
通過(guò)使用離子凝膠進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了一種新型離子皮膚，它將 TENG 與電容性離子皮膚相結(jié)合，因此可以感知各種
刺激——包括拉伸、壓力、和溫度——通過(guò)將它們轉(zhuǎn)換為電阻、電容、
OCV 和 SCC 信號(hào)。OCV 和 SCC 信號(hào)是自生的，賦予離子皮膚能量收集能力
。這項(xiàng)工作中報(bào)道的離子凝膠可能會(huì)導(dǎo)致軟離子電子學(xué)和性能穩(wěn)定的可穿戴設(shè)備的發(fā)展。
展開(kāi) 港中文朱世平院士/張祺：模擬人體皮膚的比色離子有機(jī)水凝膠，用于機(jī)械刺激感測(cè)和損傷可視化
受人類(lèi)皮膚功能的啟發(fā)，包括通過(guò)電信號(hào)感應(yīng)刺激和損傷指示的瘀傷，
最近，
香港中文大學(xué)（深圳）
朱世平加拿大工程院院士
/
張祺助理教授
團(tuán)隊(duì)
合成了
一種離子傳導(dǎo)性和機(jī)械致變色有機(jī)水凝膠，并被證明是離子性皮膚（
I皮膚）。
由機(jī)械發(fā)色團(tuán)交聯(lián)的膠束組成的凝膠具有機(jī)械堅(jiān)固性，可拉伸性和變形持久性，并具有較小的滯后性，并且還顯示出良好的溶劑保留性。伸長(zhǎng)和壓縮過(guò)程中相對(duì)電阻的變化表明靈敏度較高。
在大變形下觀察到從淺黃色到類(lèi)似瘀青的藍(lán)紫色的光學(xué)變化。離子導(dǎo)電有機(jī)水凝膠（如I皮膚）通過(guò)模仿各種身體挫傷場(chǎng)景的動(dòng)作附著在人體的不同部位，展示了
對(duì)機(jī)械刺激的成功感知和可視化。
該作品生動(dòng)地展示了一種應(yīng)變傳感器，具有可視化損傷和針對(duì)機(jī)械沖擊的損傷警告功能。
I形皮膚可以潛在地用于包括假肢設(shè)備，可穿戴電子設(shè)備和智能機(jī)器人的應(yīng)用中。
相關(guān)論文以題為
Colorimetric Ionic Organohydrogels Mimicking Human Skin for Mechanical Stimuli Sensing and Injury Visualization
發(fā)表在《
ACS Appl. Mater. Interfaces
》上。
【主圖導(dǎo)讀】
圖
1.模仿皮膚的I皮膚的概念和設(shè)計(jì)。
（A）當(dāng)真實(shí)皮膚受到機(jī)械沖擊時(shí)，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生電信號(hào)和光信號(hào)。（B）通過(guò)顯示電學(xué)和光學(xué)變化感測(cè)機(jī)械刺激的I皮膚有機(jī)水凝膠的示意圖。NaCl，SP和EG分別用作電解質(zhì)，機(jī)械生色團(tuán)和助溶劑。
圖
2.
（A）溶脹率（質(zhì)量），以及溶劑置換過(guò)程中凝膠的照片。（B）光引發(fā)劑，聚合后的水凝膠和溶脹的有機(jī)水凝膠的紫外可見(jiàn)光譜。
展開(kāi) 
《AM》賓大張圭貞/王青、武漢理工陳文：水凝膠離子二極管用于獲取超低頻機(jī)械能
【總結(jié)】
團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了水凝膠離子二極管，由瓊脂糖中的層狀陽(yáng)離子和陰離子離聚物組成，
由 PTFE 膜隔開(kāi)，其表現(xiàn)出類(lèi)似于 p-n 半導(dǎo)體結(jié)的移動(dòng)離子的熵消耗和整流行為。有限元計(jì)算證實(shí)了水凝膠離子二極管的潛在機(jī)制。
嵌入的 CNT 和 AgNW 電極產(chǎn)生了出色的整流比，因此，出色的機(jī)械能收集性能在 0.01 Hz 時(shí)超過(guò)了當(dāng)前機(jī)械能收集器的幾個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，整流水凝膠離子二極管在原型自供電設(shè)備中的應(yīng)用也得到了證明。水凝膠離子二極管的概念，在材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)一步優(yōu)化，有望成為一種新的超低頻高效能量收集形式，也可以應(yīng)用于其他離子能源設(shè)備，包括燃料電池和電池。預(yù)計(jì)水凝膠電離電子學(xué)將使新型的基于離子電流的柔性和可穿戴設(shè)備成為可能，用于傳感、軟機(jī)器人、人機(jī)界面和能量收集。
參考文獻(xiàn)：
doi.org/10.1002/adma.202103056
展開(kāi) ：魚(yú)與熊掌兼得-兼具優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度和高電導(dǎo)率的透明離子液體凝膠的構(gòu)筑
圖4離子液體凝膠作為柔性傳感器
a）離子液體凝膠的電導(dǎo)率在1000個(gè)拉伸循環(huán)之后還可以穩(wěn)定地響應(yīng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
b，c）離子液體凝膠用于監(jiān)測(cè)基本身體運(yùn)動(dòng)，例如彎曲肘部或旋轉(zhuǎn)前臂。
d）離子液體凝膠作為傳感器可以識(shí)別正常呼吸、深呼吸和吞咽
e-g）設(shè)計(jì)的離子液體凝膠還可以監(jiān)測(cè)機(jī)械手（e）在極端條件下的運(yùn)動(dòng)，例如真空壓力為-1~ -3 MPa（f），以及-70~100 ℃的寬溫度范圍（g）。
【小結(jié)】
本文通過(guò)靜電相互作用將[EMIm] [DCA]物理鎖定到帶電PAMPS基雙網(wǎng)絡(luò)中，構(gòu)筑了一種兼具良好機(jī)械強(qiáng)度和高離子電導(dǎo)率的新型透明離子液體凝膠，并展示了其在柔性傳感器方面的應(yīng)用。帶電的PAMPS雙網(wǎng)絡(luò)不僅賦予離子液體凝膠良好的機(jī)械強(qiáng)度，而且有利于[EMIm][DCA]穩(wěn)定的鎖定在聚合物網(wǎng)絡(luò)中，而且對(duì)于離子液體凝膠的自修復(fù)和高離子電導(dǎo)率也至關(guān)重要。所制備的離子液體凝膠在諸如高/低溫，高機(jī)械變形和高真空條件下都保持良好的導(dǎo)電性。研究表明，設(shè)計(jì)的離子液體凝膠也可以用作傳感器，尤其是在極端條件下也表現(xiàn)出非常穩(wěn)定的傳感性能。
文獻(xiàn)鏈接：Preparation of High-Performance Ionogels with Excellent Transparency, Good Mechanical Strength, and High Conductivity （Adv.Mater，2017， DOI: 10.1002/adma.201704253）
本文轉(zhuǎn)自材料牛
展開(kāi) 吉林大學(xué)李洋課題組《Nano Energy》：高強(qiáng)度自修復(fù)離子凝膠用于制備高機(jī)械性和環(huán)境穩(wěn)定性的納米摩擦發(fā)電機(jī)
隨著電子設(shè)備的日益更新，新一代柔性電子設(shè)備越來(lái)越得到人們的青睞，例如電子皮膚、離子皮膚等柔性電子器件。但相比之下，具有柔性，透明性和自修復(fù)性的供能設(shè)備卻鮮有報(bào)道。基于摩擦生電和靜電感應(yīng)耦合的納米摩擦電發(fā)電機(jī)(TENG)，因其優(yōu)異的發(fā)電性能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、便攜性等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛用于開(kāi)發(fā)下一代電源器件。盡管，已經(jīng)有研究者報(bào)道利用水凝膠，有機(jī)凝膠用于制備柔性的自修復(fù)納米摩擦發(fā)電機(jī)，然而由于溶劑的揮發(fā)問(wèn)題，這些器件相比于離子凝膠制備的納米摩擦發(fā)電機(jī)環(huán)境穩(wěn)定性較差，因此利用超分子化學(xué)來(lái)制備具有穩(wěn)定功能的離子凝膠對(duì)于柔性電子設(shè)備應(yīng)用具有重要意義。特別是具有高強(qiáng)度、高抗壓性能的自修復(fù)離子凝膠，對(duì)于制造下一代柔性自修復(fù)納米摩擦電發(fā)電機(jī)具有很大的吸引力。
吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院超分子結(jié)構(gòu)與材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李洋副教授課題組長(zhǎng)期從事自修復(fù)離子凝膠功能化研究。致力于通過(guò)超分子作用力來(lái)合成兼具自修復(fù)性能、機(jī)械性能與電學(xué)性能的離子凝膠并應(yīng)用于各類(lèi)柔性電子器件。近年來(lái)，該課題組在自修復(fù)離子凝膠制備電子器件方面取得了一定進(jìn)展，制備了具有高機(jī)械強(qiáng)度與高離子電導(dǎo)率的自修復(fù)離子凝膠傳感器(ACS Appl. Mater. Interfaces2020, 12, 57477?57485).基于在制備自修復(fù)功能材料與離子凝膠方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)，近期該課題組設(shè)計(jì)并報(bào)道了一種高拉伸強(qiáng)度和優(yōu)異抗壓縮性能自修復(fù)離子凝膠，并用于制備具有優(yōu)異環(huán)境穩(wěn)定性能的摩擦電納米發(fā)電機(jī)。
展開(kāi) 多倫多大學(xué)劉新宇教授團(tuán)隊(duì)《AFM》：新型抗極寒粘貼離子導(dǎo)電水凝膠仿生皮膚助力可穿戴傳感和軟體機(jī)械人
同時(shí)皮膚中包含大量的神經(jīng)感知單元可以用來(lái)感受諸如壓力，形變，溫度,濕度和疼痛等來(lái)自外部環(huán)境的刺激。皮膚的這些功能是通過(guò)其內(nèi)部相應(yīng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，其高度抗形變的膠原蛋白和彈性纖維網(wǎng)絡(luò)用于承受物理變形；保濕物質(zhì)如吡咯烷酮羧酸（pyrrolidone carboxylic acid) 用于鎖水；皮下脂肪細(xì)胞用于抵御寒冷；多種感知神經(jīng)元如力學(xué)感受器，溫覺(jué)感受器及疼痛感受器，可將外部刺激轉(zhuǎn)化成鉀鈉離子的移動(dòng)和動(dòng)作電位在神經(jīng)細(xì)胞中的傳遞。皮膚的這些結(jié)構(gòu)特征為我們?cè)O(shè)計(jì)新型可拉伸電子帶來(lái)了啟發(fā)。通過(guò)精巧地設(shè)計(jì)并組合相關(guān)電子元器件及彈性體材料，研究人員已成功開(kāi)發(fā)出諸如電子皮膚（electronic skin）等仿人體皮膚的電子設(shè)備，并在可穿戴電子，可穿戴康復(fù)機(jī)械人和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。值得注意的，由于仿生皮膚和軟體機(jī)器人之間優(yōu)異的機(jī)械性能匹配和功能互補(bǔ)，目前已有大量研究精力投入到開(kāi)發(fā)適合集成到軟體機(jī)器人的可拉伸和可穿戴仿生電子皮膚，從而確保更安全，更智能的人機(jī)互動(dòng)和環(huán)境適應(yīng)性。
在這些傳感材料中，以離子水凝膠為代表的軟材料，由于其優(yōu)異的生物兼容性，更加接近生物組織的機(jī)械和電學(xué)特性，近年來(lái)收到了大量關(guān)注。然而，目前離子水凝膠在低溫環(huán)境容易結(jié)冰而失去變形能力和導(dǎo)電性；同時(shí)，傳統(tǒng)離子水凝膠通常不具備良好的表面粘附能力， 從而影響其在可穿戴和軟體機(jī)械人等大變形應(yīng)用場(chǎng)景中的使用；此外，傳統(tǒng)離子水凝膠在環(huán)境中易失水的問(wèn)題也亟待解決。
圖1.
展開(kāi) 東華大學(xué)武培怡教授團(tuán)隊(duì)《Small》:“智能粘附”的多功能水凝膠離子皮膚生物傳感器
人體皮膚是一種“智能”的多功能保護(hù)性感覺(jué)器官，它可以通過(guò)各種感知功能 (如機(jī)械感、溫度感、痛覺(jué)等) 將環(huán)境刺激轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，這些電信號(hào)可以通過(guò)相關(guān)的神經(jīng)通路轉(zhuǎn)換到大腦。近年來(lái)，水凝膠成為模擬人體皮膚的感知功能和保護(hù)功能的熱點(diǎn)材料。然而，對(duì)環(huán)境與水凝膠材料之間的界面相互作用的研究卻很少。為此，東華大學(xué)武培怡教授課題組開(kāi)發(fā)了新一代的具有診療功能的水凝膠離子皮膚(Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2008020)。該離子皮膚具有仿生離子通道，可以將信號(hào)從非生物界面?zhèn)鬏數(shù)缴锝缑妗＿@一工作讓離子皮膚的功能從簡(jiǎn)單的傳感診斷擴(kuò)展到診斷治療層面。然而，我們?nèi)匀蛔⒁獾酱蠖鄶?shù)應(yīng)用在皮膚創(chuàng)面上的輔料都具有較強(qiáng)的粘附性。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，從傷口上剝離這些材料需要克服較強(qiáng)的粘附力，這很有可能對(duì)創(chuàng)面皮膚造成二次損傷。此外，真實(shí)皮膚能夠感知各種外界刺激并同時(shí)進(jìn)行區(qū)分，但現(xiàn)有離子皮膚的感知功能大多數(shù)是一對(duì)一的，很難單憑一個(gè)響應(yīng)系統(tǒng)區(qū)分不同的信號(hào)。因此，提升離子皮膚的靈敏度以實(shí)現(xiàn)多重信號(hào)區(qū)分能力，設(shè)計(jì)粘附力可強(qiáng)弱切換的智能離子皮膚以提高實(shí)際應(yīng)用價(jià)值仍然具有挑戰(zhàn)性。
近日，東華大學(xué)武培怡教授研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種基于天然大分子季胺化殼聚糖(QCS)的“智能粘附”聚電解質(zhì)水凝膠材料(QAAH)。該水凝膠制備過(guò)程簡(jiǎn)單，通過(guò)將QCS水溶液與丙烯酸單體以一定比例混合，70 °C下熱引發(fā)自由基聚合六個(gè)小時(shí)得到。QAAH具有溫敏性和pH刺激響應(yīng)性，并集成生物相容性、導(dǎo)電性、粘附性、可拉伸性、自修復(fù)性多重功能。值得注意的是，該水凝膠的粘附性能具有溫度依賴性，可以通過(guò)體溫觸發(fā)相轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)皮膚強(qiáng)粘附，并通過(guò)降溫降低粘附性實(shí)現(xiàn)粘附力的強(qiáng)弱切換。
展開(kāi) 天津工業(yè)大學(xué)劉雍教授課題組在鋰離子電容器用凝膠聚合物電解質(zhì)隔膜性能提升方面取得新進(jìn)展
鋰離子電容器因兼具較高的能量密度和功率密度、優(yōu)秀的循環(huán)壽命使其具備很好的商業(yè)應(yīng)用前景。目前，研究者主要將精力用于設(shè)計(jì)高性能的電極材料以得到更高能量密度的鋰離子電容器。實(shí)際上，隔膜作為鋰離子電容器重要組成部分，不僅用于阻止電極的直接接觸，同時(shí)還參與電解質(zhì)中離子的運(yùn)輸。但是，目前隔膜常使用的聚烯烴材料親電解液能力和耐熱穩(wěn)定性有限，同時(shí)存在漏液、燃燒等安全隱患。因此，亟需開(kāi)發(fā)具備高離子電導(dǎo)率、阻燃性能的隔膜材料，以實(shí)現(xiàn)鋰離子電容器電化學(xué)性能和安全性能同步提升。凝膠聚合物電解質(zhì)（GPE）隔膜在一定程度兼具高安全性能和高離子電導(dǎo)率的優(yōu)點(diǎn)，在能源儲(chǔ)存元件具有良好的應(yīng)用前景。
針對(duì)提升隔膜的離子電導(dǎo)率，目前研究較多的是基于聚偏氟乙烯（PVDF）及其衍生物的凝膠聚合物電解質(zhì)體系。自然界中的樹(shù)枝形狀具有多尺度的層級(jí)結(jié)構(gòu)，該特殊結(jié)構(gòu)有利于讓樹(shù)葉具有更多的著生空間。受該特殊結(jié)構(gòu)和性能的啟發(fā)，天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院劉雍教授團(tuán)隊(duì)提出了一種仿生狀凝膠聚合物電解質(zhì)隔膜可控制備工藝，通過(guò)在紡絲前驅(qū)液中添加四丁基六氟磷酸銨（TBAPF6）,利用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)筑仿生樹(shù)枝狀納米纖維膜，提升纖維膜的比表面積，進(jìn)一步提升凝膠聚合物電解質(zhì)隔膜的親液性能和離子電導(dǎo)率。
圖1.
展開(kāi) 青島大學(xué)隋坤艷課題組：一種基于海藻多糖超分子納米纖維水凝膠的離子皮膚傳感器
圖4 離子水凝膠傳感器的靈敏度及重復(fù)性
(a) 在0.04V電壓下，傳感器能夠檢測(cè)的應(yīng)變范圍為100-300%；(b) 在0.5V電壓下，傳感器的相對(duì)電阻變化隨時(shí)間的變化以及所能測(cè)到的最小應(yīng)變；(c) 在1800%大應(yīng)變下，傳感器的10次循環(huán)測(cè)試；(d) 傳感器的相對(duì)電阻變化隨應(yīng)變的變化；(e) 傳感器的靈敏度因子隨應(yīng)變的變化；(f) 傳感器的相對(duì)電阻變化隨壓力的變化，插圖是壓縮靈敏度隨壓力的變化。
圖5 傳感器對(duì)人體各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
(a-c) 傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手指、肘關(guān)節(jié)和膝蓋等大幅度運(yùn)動(dòng)；(d) 傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同的人發(fā)同樣的音“你好”，可用于聲音識(shí)別；(e) 傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)同一個(gè)人發(fā)音“你好，我好，大家好”，可區(qū)分不同發(fā)音（你、我、大家）和相同發(fā)音（好）；(f) 傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)同一個(gè)人運(yùn)動(dòng)前后脈搏跳動(dòng)的微小變化。
在本工作中，該離子傳感器同時(shí)具有良好的生物相容性、貼合性、成本低、制備方法簡(jiǎn)單、易大規(guī)模制備等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，該離子傳感器利用無(wú)機(jī)鹽導(dǎo)電離子對(duì)半剛性聚電解質(zhì)的靜電屏蔽作用，同時(shí)構(gòu)筑了力學(xué)耗散網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了水凝膠材料中多重組分的協(xié)同效應(yīng)機(jī)制，賦予離子傳感器眾多優(yōu)異性能，對(duì)于未來(lái)開(kāi)發(fā)新型高性能的智能皮膚及柔性可穿戴材料具有一定的啟發(fā)。
原文鏈接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/mh/c8mh01188e#!divAbstract
來(lái)源：高分子科學(xué)前沿
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