介孔二氧化硅聚丙烯酸酯的混合水凝胶用于高

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《ACSAMI》:基于自修复和抗菌精油负载介孔二氧化硅/聚丙烯酸酯的混合水凝胶用于高性能可穿戴体应变传感

Title:Self-HealingandAntibacterialEssentialOil-LoadedMesoporousSilica/PolyacrylateHybridHydrogelforHigh-PerformanceWearableBody-StrainSensing

Authors:HanLiu,YezhouNi,JingHu,*YamengJin,PengGu,*HuaQiu,andKunlinChen*

ACSAppliedMaterialsInterfaces(IF9.)

PubDate:-05-02,

DOI:10./acsami.2c

引言

柔性电子产品由于其可穿戴和轻便的独特优势在过去几年引起了极大的兴趣。将自愈功能引入可穿戴电子产品将有助于延长设备的使用寿命，从而促进可穿戴电子产品的实际应用。

在这项研究中，上海应用技术大学JingHu，江南大学PengGu，KunlinChen（通讯作者）制备了一种具有优异自愈和抗菌性能的柔性精油（EO）负载介孔二氧化硅（EO

AMS）/聚丙烯酸酯杂化水凝胶。发现制备的混合水凝胶具有优异的压阻传感性能，特别适用于人体生命活动监测。得益于聚丙烯酸酯和EO

AMS之间的强离子键和多个氢键，混合水凝胶可以修复受损区域，恢复传感和机械性能，这表明具有出色的自愈能力。此外，当应用于可穿戴设备时，发现这种混合水凝胶具有很高的抗菌能力，因为AMS中柠檬EO的缓慢释放可以杀死细菌。这种有前途的自我修复和抗菌混合水凝胶在可穿戴电子设备中显示出广阔的应用前景，可用于姿势监测、人机交互和人工智能。相关成果以“Self-HealingandAntibacterialEssentialOil-LoadedMesoporousSilica/PolyacrylateHybridHydrogelforHigh-PerformanceWearableBody-StrainSensing”为题发表在《ACSAppliedMaterialsInterfaces》上。

图文导读

图1.具有自愈和抗菌能力的EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶的制备过程示意图

图2.(a)AMS的TEM图像。(b)(a)的放大TEM图像。(c)MS、ADH-IPTS和AMS的FT-IR光谱。(d)AMS、EO和EO

AMS的TGA曲线。

图3.(a)EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶表面的SEM图像。(b)EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶横截面的SEM图像。(c)聚丙烯酸酯（倒置）和混合水凝胶（倒置）的照片。(d)不同形状的EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶的照片。

图4.(a,b)EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶在弯曲和扭曲过程中的照片。(c)EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶的照片，重量为g。(d)不同AMS含量的EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶和不含AMS的对照水凝胶的应力-应变曲线

图5.制备的EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶的自愈机制

图6.(a)无AMS或MS的对照水凝胶、MS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶和水凝胶的EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶的自愈率。(b)EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶在愈合前后的应力-应变曲线。(c)EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶在愈合前后的电阻率。(d)EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶在愈合后弯曲和扭曲的照片。

图7.(a)EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶在不同工作频率和弯曲角度下的响应测试。(b)EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶在不同工作电压下的响应测试。(c)EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶放置在人嘴上，以检测吹气、张开和鼓起的姿势。(d)将EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶放置在人的喉咙上，通过说“Yes”来监测关节运动。

图8.(a)EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶在10%拉伸、切割和20%拉伸愈合后的相对电阻变化。(b)EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶具有°弯曲/恢复循环的传感性能的可重复性。(c)EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶在20%的拉伸/恢复循环下的传感性能的可重复性。(d)EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶在-15°C冷冻4小时后的屏幕书写性能。

图9.(a)裁剪后EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶的自愈过程照片。(b)LED在愈合后被裁剪的EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶点亮的照片。(c)裁剪的EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶愈合后的书写性能。(d)EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶的透气性照片。

图10.(a)EO

AMS/聚丙烯酸酯杂化水凝胶的抗菌机理。(b)从EO、对照水凝胶和混合水凝胶表面分离的抗菌率的直方图。

小结

简而言之，本文设计并制备了一种具有自愈和抗菌能力的新型柔性水凝胶，用于监测人的部分生命活动。负载聚丙烯酸酯和柠檬EO的AMS与金属铝离子混合以产生导电EO

AMS/聚丙烯酸酯混合水凝胶。分散良好的铝离子为混合水凝胶创造了导电通路，可用于监测不同拉伸和弯曲条件下人体的各种重要活动。由于EO

AMS和聚丙烯酸酯之间形成了多个氢键和离子键，混合水凝胶具有自愈能力。此外，在使用过程中，EO分子可以从AMS中缓慢释放出来，以杀死细菌并保护人体皮肤免受细菌攻击。此外，与最近制备的其他导电水凝胶进行比较，本研究中制备的导电水凝胶在自愈性、导电性和抗菌性能的综合平衡方面具有独特的性能。本研究认为，自愈、导电和抗菌的EO

AMS混合水凝胶将在未来广泛用于监测人类的一些重要活动。

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