導電水凝膠
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-25
導電水凝膠的實例教程
導電水凝膠作為柔性電子器件，不僅具有獨特的吸引力，而且滿足了機械柔性和智能傳感的基本需求。如何賦予傳統均質導電水凝膠和柔性傳感器各向異性和廣泛的應用溫度范圍仍然是一個挑戰。
近日，吉林大學超分子國家重點實驗室林權教授課題組通過定向凍結的方法制備具有各向異性的MXene導電水凝膠，其靈感來自于肌肉的有序結構。由于MXene導電水凝膠的各向異性，其力學性能和導電性在特定方向上得到增強。通過溶劑置換的方法，賦予導電水凝膠較寬的耐溫范圍為-36°C至25°C。因此，受肌肉啟發的MXene導電水凝膠具有各向異性和耐低溫性，可作為可穿戴柔性傳感器和3D傳感陣列（圖1）。
圖1. PMZn-GL水凝膠的合成方法及其在可穿戴柔性傳感器和三維傳感器陣列中的應用。
圖2. a)溶膠-凝膠轉變。b)導電水凝膠橫截面的SEM圖像。c)SEM圖像的俯視圖。d)MXene導電水凝膠在平行和垂直網絡方向的存儲模量和損耗模量。e)拉伸應力-應變曲線。f)壓力-應變曲線。g)電導率。
通過凍融和定向冷凍相結合的方式，制成MXene導電水凝膠。通過掃描電鏡（SEM）觀察水凝膠的結構，發現所制備的導電水凝膠具有有序的取向性，水凝膠結構為有序的網絡。后續對MXene導電水凝膠的各向異性進行研究，通過流變、拉伸、壓縮、電導率這四個方面進行研究討論。他們發現沿水凝膠網絡方向的各項數據均優于垂直于水凝膠網絡的，說明所制備的MXene導電水凝膠具有獨特的各向異性（圖2）。這項研究為設計可穿戴柔性傳感器提供了一種新的策略。
展開 【引言】
導電水凝膠由于其具有高含水量、超強、可拉伸等特性，可廣泛應用于人工肌肉、軟骨修復、電子皮膚、生物傳感器等領域。然而，由于導電高分子不溶于水，難以分散在水凝膠的聚合物網絡中；且生物相容性差。因此，制備具有良好機械性能、導電性和生物相容性、可以在生物醫學領域廣泛應用的導電水凝膠仍是一種挑戰。
【成果簡介】
針對以上問題西南交通大學魯雄教授課題組提出用生物高分子為模版控制導電高分子通路在水凝膠中原位形成的設計策略，采用生物相容性良好的殼聚糖與丙烯酰胺形成互穿網絡水凝膠。以殼聚糖為模版誘導導電高分子單體在水凝膠中的吸附，并原位氧化聚合，從而使得導電高分子在殼聚糖分子的纏結區形成導電納米棒，成功制備出兼具導電、超強、可拉伸、生物相容性好的導電水凝膠。研究結果表明，這種通過殼聚糖分子模版控制導電聚合物聚吡咯在水凝膠中原位形成的導電通路，賦予該水凝膠良好的導電性能（0.3 S/m）。此外，由于氧化劑鐵離子可以與殼聚糖分子配位形成鏈纏結，從而形成物理交聯的第二網絡，賦予改水凝膠超強的機械性能（斷裂能12000 J/m2，壓縮模量 136 MPa），遠超常見的導電水凝膠。該超強導電水凝膠可作為傳感器用于檢測人體生理信號和作為藥物控釋系統用于電刺激藥物可控釋放。
展開 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠抗凍能力測試
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠保水性能表征（圖3）。結果表明，在25 ℃，54％相對濕度下放置一周后，水凝膠可維持100%的原始含水量。
圖3. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠保水性測試
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠再生性能表征（圖4）。該水凝膠在真空干燥箱中脫水干燥后，其可在25 ℃，54％相對濕度下再生至原始狀態（18小時）。
圖4. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠自再生能力
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠傳感測試（圖5）。該水凝膠可作為離子導體用于制備柔性傳感器，監測人體運動信號。
圖5. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠用于人體運動檢測
相關成果以“Ionic conductive hydrogels with long-lasting antifreezing, water retention and self-regeneration abilities”為題發表在Chemical Engineering Journal。該論文第一作者為睢曉潔，通訊作者為張雷教授，其他作者有郭洪爽、蔡誠誠、李慶斯、文馳宇、張相宇、汪曉東和楊靜。
展開 近年來，導電水凝膠在心肌梗死后的心臟功能重建中表現出理想的治療效果。然而，在心臟復雜的微環境下，如何優化制備具有良好生物相容性、導電和力學性能穩定的水凝膠補片，仍然是學者們面臨的主要挑戰。南方醫科大學基礎醫學院廣東省組織構建與檢測重點實驗室主任邱小忠教授團隊將FDA批準的具有良好生物相容性的導電高分子聚丙烯酸（PAA）引入水凝膠基質中，開發了一種性能可調的自修復離子導電水凝膠（POG1）。該水凝膠在預防左心室重塑和恢復心臟功能方面發揮了良好的潛能。該研究介紹了一種以前尚未探索的具有出色心肌梗死修復功能的離子導電水凝膠心肌補片修復心梗的策略。
圖1：可調自修復離子導電水凝膠的制備及其應用于心肌梗死修復的示意圖。
近年來，導電水凝膠在心肌梗死后的心臟功能重建中表現出理想的治療效果。然而，在心臟復雜的微環境下，如何優化制備具有良好生物相容性、導電和力學性能穩定的水凝膠補片，仍然是學者們面臨的主要挑戰。南方醫科大學基礎醫學院廣東省組織構建與檢測重點實驗室主任邱小忠教授團隊將FDA批準的具有良好生物相容性的導電高分子聚丙烯酸（PAA）引入水凝膠基質中，開發了一種性能可調的自修復離子導電水凝膠（POG1）。該水凝膠在預防左心室重塑和恢復心臟功能方面發揮了良好的潛能。該研究介紹了一種以前尚未探索的具有出色心肌梗死修復功能的離子導電水凝膠心肌補片修復心梗的策略。
制成的POG1水凝膠具有合適的可拉伸性（> 500％應變）和壓縮性（> 85％應變）以及自愈合性能。在大形變下仍能維持穩定的電導率。此外，在POG1內部形成的PAA納米通道賦予該水凝膠微觀超均質的導電性。與摻雜有電子導體（PPy，CNT，rGO）的傳統導電水凝膠相比，POG1水凝膠誘導心肌細胞取向生長和伸長的能力更加顯著。
展開 摘要
導電水凝膠是人造皮膚和肌肉、柔性和可植入生物電子學以及組織工程的有前途的候選材料。
然而，在不影響其理化性質的情況下配制具有高電導率的水凝膠仍然是一項具有挑戰性的任務。
最近
，
南洋理工大學
俞璟助理教授
報告了一種具有高導電性和良好拉伸性的互穿聚（丙烯酸）-聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）（PAA-PEDOT）水凝膠。第二個 PEDOT 水凝膠網絡被電化學聚合成現有的 PAA 水凝膠網絡。
互穿水凝膠可以很容易地制備并集成到表皮柔性電子設備中，用于實時、在體檢測人體汗液中的各種離子。互穿的 PAA-PEDOT 導電水凝膠有可能成為
用于個性化醫療的各種柔性電子設備的重要建筑材料。相關論文以題為發表在《
Journal of Materials Chemistry C
》上
主圖
圖
1 互穿PAA-PEDOT水凝膠的制備過程示意圖。
圖
2 互穿 PAA-PEDOT 水凝膠的制備過程。
ITO 玻璃上的 PAA 水凝膠 (a) 和 PAA-PEDOT 水凝膠 (b) 的圖像。(a) 和 (b) 的插圖分別是 PAA 和 PAA-PEDOT 水凝膠的接觸角圖像。(c) PAA-PEDOT 水凝膠截面的 SEM 圖像。(d) 不同電子沉積時間下PAA-PEDOT水凝膠的電流-電壓曲線。(e) PAA-PEDOT 水凝膠在不同掃描速率下的循環伏安法 (CV) 測量。
圖
3 皺巴巴的 PAA-PEDOT 水凝膠的制備過程。
(a) 皺巴巴的 PAA-PEDOT 水凝膠的制備過程示意圖。(b) 皺巴巴的 rGO/Pt 模板的 SEM 圖像。
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導電水凝膠的最新內容
來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
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來源 | International Journal of Heat and Mass Transfer
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來源 | ACS Applied Polymer Materials
原文 | https://doi.org/10.1021/acsapm.3c00481
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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
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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)。
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柔性、可拉伸的導電水凝膠是用作柔性智能可穿戴電子器件的良好材料。而目前大多數導電水凝膠力學性能較弱，無法承受實際應用過程中大的應力和應變。通過構建均勻的網絡結構以及在網絡中引入足夠的能量耗散機制，有助于制備出高強韌的水凝膠。
