• <menu id="yeocm"><tt id="yeocm"></tt></menu><menu id="yeocm"></menu>
  • <nav id="yeocm"></nav><xmp id="yeocm">
  • <menu id="yeocm"></menu>
  • <input id="yeocm"><tt id="yeocm"></tt></input><menu id="yeocm"><strong id="yeocm"></strong></menu>
  • <nav id="yeocm"></nav>
    首頁 > 新聞中心 > 科研進展
    寧波材料所在全疏水離子液體凝膠用于可穿戴水下傳感與通訊領域取得進展
    作者:,日期:2021-08-10

      海洋是一個巨大而神秘的寶藏,人們對于海洋的探索與開發從未停止。潛水是探索海洋的重要方式之一,但復雜多變的水下環境潛藏著各種各樣的危險,甚至威脅潛水員的生命安全。水下通訊困難的問題也使得潛水員在遭遇突發狀況時難以及時求救,這進一步增大了海洋勘探的風險。如果能發展出可用于水下的可穿戴傳感與通訊技術,實現對潛水過程的實時監測以及高效的水下通訊,將對提高海洋勘探效率,保障水下作業安全具有重要意義。

      在諸多可穿戴傳感材料中,離子導電凝膠材料由于其良好的生物相容性、力學匹配性與可修飾性,被認為是最理想候選材料之一,已被廣泛應用于運動感知、健康監測等領域的研究。然而,離子導電凝膠材料的水下應用卻面臨著巨大挑戰,這主要是因為:1)離子導電凝膠在水環境中會出現吸水溶脹現象,導致力學性能與導電性能的不穩定;2)離子導電凝膠中的導電離子在水環境中會擴散流失,導致導電與傳感能力的逐漸喪失。因此,賦予離子導電凝膠材料必要的水下抗溶脹能力與防離子流失能力對于實現離子導電凝膠材料的水下長期穩定,發展可穿戴水下傳感技術具有重要意義。

      中國科學院寧波材料技術與工程研究所智能高分子材料團隊陳濤研究員近年來致力于柔性可穿戴傳感材料(J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 5140; Chem. Mater., 2018, 30, 4343; ACS Nano, 2019, 13, 4368; J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 26631; Nano Energy, 2019, 59, 422; Adv. Mater., 2020, 2004290;Nano Energy, 2021, 81, 105617;Chem. Eng. J., 2021, 415, 128988; Adv. Funct. Mater., 2021, 2105323與智能高分子水凝膠(Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1704568;Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1905514;Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 16243; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59,19237; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 8608; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 3640; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI:10.1002/anie.202107281等)這兩方面的研究工作?;谶@兩方面的研究基礎,該團隊近期與浙江省之江實驗室鄭音飛教授合作,利用疏水界面對水分子和導電離子的擴散屏障功能,開發了一種具有水下長期穩定性的全疏水離子液體凝膠材料,并實現了其在水下環境中的傳感與通訊應用。

      該工作通過疏水單體(丙烯酸叔丁酯,t-BuA)在疏水離子液體(1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽,[BMIm]TFSI)中的聚合,制備了具有全疏水結構的離子液體凝膠。在水環境中,該凝膠表面的疏水聚合物網絡在疏水作用下發生聚集,形成致密的疏水界面,從而可有效阻斷水分子的跨界面擴散,實現離子液體凝膠的抗溶脹功能。同時,[BMIm]TFSI的疏水性也阻礙了其向水相中的擴散,使其具有一定的防離子泄漏能力。此外,[BMIm]TFSI與聚丙烯酸酯間豐富的相互作用力(包括氫鍵、偶極-偶極作用、離子-偶極作用)可以將導電離子牢牢“鎖”在凝膠網絡中,進一步提高該離子液體凝膠的防離子泄漏能力。這種優異的抗溶脹和防離子泄漏性能確保了該離子液體凝膠在水環境中能保持長期穩定。該全疏水離子液體凝膠在水環境中展現出了優異的應變傳感性能,包括高靈敏度、快速響應性和長期穩定性。研究人員對其作為可穿戴水下傳感器的性能進行了詳細研究,發現該凝膠傳感器不僅可以粘附在人體各關節處實現對人體游泳狀態(游泳姿態、劃水頻率、呼吸狀態等)的實時監測,而且也可以粘附在魚類體表感知生物在海洋中的運動行為(游動速度、轉向、躍出水面等)。更有意義的是,結合凝膠傳感器的水下傳感功能與傳統的摩斯密碼編碼規則,研究人員設計了一套基于指關節彎曲傳感的新型水下通訊編碼機制,即以指關節的大、小彎曲幅度分別對應摩斯密碼的長、短信號,從而成功構建了可用于水下通訊的可穿戴水下發報機,并初步實現了信息的水下發送。本工作所構筑的全疏水離子液體凝膠不僅具有長期的水下穩定性,拓寬了離子導電凝膠材料的應用環境,而且在水下運動監測、水下通訊、水下生物考察等領域都展現了良好的應用潛力,有望提高海洋勘探的效率和安全性。

      該工作以題為“Fully-hydrophobic ionogel enables highly efficient wearable underwater sensor and communicator”發表在Materials Horizonshttps://doi.org/10.1039/D1MH00998B)上。本研究得到了國家自然科學基金(51773215)、中國博士后科學基金(2021M690157)、中科院前沿科學重點研究項目(QYZDB-SSW-SLH036)、中德合作國際交流項目(M-0424)和王寬誠教育基金(GJTD-2019-13)等項目的支持。

    全疏水離子液體凝膠的構建及其水下傳感與通訊應用

     ?。ǜ叻肿优c復合材料實驗室 魏俊杰)

    男人的网站
  • <menu id="yeocm"><tt id="yeocm"></tt></menu><menu id="yeocm"></menu>
  • <nav id="yeocm"></nav><xmp id="yeocm">
  • <menu id="yeocm"></menu>
  • <input id="yeocm"><tt id="yeocm"></tt></input><menu id="yeocm"><strong id="yeocm"></strong></menu>
  • <nav id="yeocm"></nav>