Page 50 - 《精细化工》2023年第12期
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·2592·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            可分为高分子自愈合凝胶与小分子自愈合凝胶                      [40] 。   力学传感器     [45] 、柔性电子传感器      [46] 、柔性光敏传感
            高分子凝胶的基本单元是高分子聚合物（相对分子                             器 [47] 和柔性生物传感器      [48] 。
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            质量约为 1×10 ~1×10 ），通常具有良好的力学性能，                     2.1   在柔性力学传感器中的应用
            并且在分子设计、研究方法和功能化方面得到了迅                                 在新兴的可穿戴电子器件领域，柔性可穿戴力
            速发展    [41-42] ，如 WANG 等 [43] 以 PVA、硼砂（BX）         学传感器由于具有模拟人体皮肤将外界力学刺激转
            和聚多巴胺颗粒（PAPS）为原料制备了 PVA/BX/                        换为可处理的电学信号的功能，而受到人们的广泛
            PAPS 凝胶，如图 4a 所示。PVA 与 PAPS 之间存在                   关注，并在移动医疗监控、人体运动检测、软机器
            硼酸酯键和氢键的双重作用，具有自愈合快、力学                             人和人机交互等领域呈现出巨大的应用潜力                    [49] 。
            性能强、生物相容性好、制备方法简单等优点，在                                 WANG 等   [50] 使用一步法将单宁酸（TA）与明胶
            电子皮肤、组织工程、药物输送、3D 打印和软体机                           按一定比例直接混合，利用疏水相互作用和氢键合
            器人等领域具有广阔的应用前景。                                    成了一种具有优异力学性能和自愈合性能的明胶凝
                                                               胶。如图 5a 所示，凝胶的电压因压力而变化，自修
                                                               复测试和循环测量证实了应变传感器系统的耐久性
                                                               和可靠性。这些特性使所制备的自供电应变传感器
                                                               成为制造便携式、可穿戴电子设备的理想材料。
                                                                   DENG 等  [51] 提出了一种通过增加聚合物链分散

                                                               介质的氢键来模拟肌肉收缩的强而坚韧的水凝胶的
            图 4  PVA/BX/PAPS 水凝胶（a）的制备及结构说明            [43] ；  设计策略。以聚丙烯酰胺（PAM）和海藻酸钠（SA）
                  NBD 的胆固醇衍生物Ⅰ凝胶（b）的自愈合性能               [44]    为原料，通过高分子链的物理缠结和化学键合，合
            Fig.  4  Preparation  and  structure illustration of PVA/BX/
                   PAPS hydrogel  (a) [43] ; Self-healing properties of   成了一种高拉伸韧性的水凝胶，如图 5b 所示。聚合
                   gels of Cholesterol derivative  Ⅰ  of NBD (b) [44]   物链上的侧基与分散介质有强烈的氢键作用，该水

                                                               凝胶不仅具有高透明度、韧性、抗疲劳、自恢复、
                 与高分子凝胶不同，小分子凝胶的基本单元是
                                                               自愈合和黏性，而且具有保水、防冻性能。该凝胶
            小分子有机化合物（相对分子质量一般应<1000）通
                                                               可用于拉伸敏感柔性传感器，为软材料的开发和应
            过非共价相互作用自组装形成三维网络结构。目前，
                                                               用提供了新的思路。
            此类凝胶研究仍处于初级阶段，主要是因为设计新
                                                                   ZHAO 等  [52] 通过丙烯酰吗啉（ACMO）和聚乙
            的凝胶剂以形成具有高自修复效率（自修复程度和                             二醇 400（PEG 400）甲基醚丙烯酸酯（mPEG 400-
            自修复速度）的凝胶规则仍需深入研究。XU 等                      [44]
                                                               丙烯酸酯）的自由基聚合制备了一种水凝胶，经 12 h
            设计并制备了 4 种 7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑基
                                                               风干后，得到快速自愈合弹性体，如图 5c 所示，其
            （NBD）的胆固醇（Chol）衍生物（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、
                                                               极极限应力为 8.4 MPa，具有超快的自愈合能力（愈
            Ⅳ），并测试了凝胶化行为和凝胶性质，实验表明，
                                                               合 10 s 后恢复 86%应力），此外，通过在水凝胶表
            化合物Ⅰ的胶凝能力明显强于其他 3 种胶凝剂，尤
                                                               面喷洒碳纳米管分散液，然后在单轴拉伸下干燥，
            其是在含有甲醇的混合溶剂中。化合物Ⅰ的吡啶/甲
                                                               可以获得具有薄表面碳纳米管（CNTs）的弹性体，
            醇凝胶具有良好的力学强度、对外力优异的耐受性
                                                               合成的复合材料可以作为应力-应变传感器来检测
            能和超快的自愈合性能。如图 3b 所示，只要切割的
                                                               人体微小的运动，如肌肉运动、人体脉搏和发音。
            片段被挤压在一起，凝胶在切割后立即愈合。因
                                                               2.2   在柔性电子传感器中的应用
            NBD 具有良好的荧光量子产率和极性敏感性，可应
                                                                   受人类皮肤自愈能力的启发，人们迫切希望赋
            用于荧光传感器。
                                                               予导电传感器自愈合能力，使其在暴露于外界环境
            2   自愈合凝胶在传感器中的应用                                  时，能够自主修复使用过程中的损坏，增强电子设
                                                               备的坚固性和耐用性，延长其实际使用寿命。在柔
                 近年来，柔性传感器已得到了广泛研究，并已                          性可伸缩的电子产品中，已应用了几种设计策略来
            应用于电子皮肤、可穿戴设备和植入式电子设备等，                            获得自愈合能力       [53] 。
            但日常生活中需要对物理信号进行长期监测，并且                                 在研究者的长期探索中发现，在很多应用领域
            由于磨损或外力可能会对该器件造成损伤，因此，                             中通常导电和愈合两种特性密不可分。以导电凝胶
            赋予柔性传感器自愈合性能能够延长使用寿命和保                             为中心的可穿戴式多功能电子传感器可以将机械变
            持稳定性。目前，人们已经开发了许多具有高灵敏                             形转换为电信号，近年来这类传感器在信号监测方
            度的自愈合柔性传感器来检测各种信号，包括柔性                             面受到了广泛的关注。
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