成果简介
近年来，能够对多种刺激做出反应的各种功能性织物已被广泛认为是前景广阔的可穿戴设备。然而，所获得的复合功能织物仅应用于少数场景，因此实现多功能可穿戴应用场景是一个困难的目标。因此，扩大功能织物的可穿戴应用多样性迫在眉睫。本文，复旦大学郭睿倩研究员、张万路等研究人员在《ACS Appl. Polym. Mater》期刊发表名为“Polyacrylamide–Poly(vinyl alcohol)–Sodium Alginate–Reduced Graphene Oxide/Nylon Fabrics with Multistimuli Responses”的论文，研究设计了能够对振动、温度、应变和压力等多种刺激做出响应的水凝胶复合织物，以实现可穿戴的多功能应用场景。
水凝胶复合织物以尼龙织物（NFs）为基础，用聚丙烯酰胺（PAM）-聚乙烯醇（PVA）-海藻酸钠（SA）-还原氧化石墨烯（rGO）/NFs（PAM-PVA-SA-rGO/NFs）制成。与纯NFs（1.76 N cm-1）相比，PAM-PVA-SA-rGO/NFs 具有更高的弹性刚度系数（2.79 N cm-1），在 30-80 °C 范围内具有良好的温度灵敏度，并具有出色的尿液检测能力，单位面积阈值为 2.55 × 10-3 mL cm-2。PAM-PVA-SA-rGO/NFs 不仅能对多种刺激做出反应，还能集成到服装中，用于可穿戴的多种应用场景，如检测人的说话和呼吸、智能袖子和尿布警报等。此外，还揭示了上述现象的机理。这些结果表明，PAM–PVA–SA–rGO/NFs将为智能系统、反馈设备、软机器人、可穿戴设备等的发展提供灵感。
图文导读
图1.PAM-PVA-SA-RGO/NF的材料合成、照片、传感特性和应用。
图2.PAM-PVA-SA-RGO/NF的应变传感性能及其在智能袖套中的应用。
图3.PAM-PVA-SA-RGO/NF对人类说话和呼吸的振动传感性能和响应
图4.PAM-PVA-SA–RGO/NF的温度传感性能及其在智能尿布报警器中的应用
小结
综上所述，我们设计出了多刺激响应的 PAM-PVA-SA-rGO/NFs 产品，该产品采用 NFs 和 PAM-PVA-SA-rGO体系，采用一步自由基聚合法和超声波分散法制造而成。在 PAM-PVA-SA-rGO体系中，PAM-PVA-SA 形成了三重互穿网络水凝胶，rGO 作为导电填料加入其中。由于三重互穿网络结构以及 rGO 与 PAM、PVA 和 SA 链之间的协同作用，PAM-PVA-SA-rGO体系改善了 PAM-PVA-SA-rGO/NF的机械性能。此外，PAM-PVA-SA-rGO/NF还具有良好的润湿性，在应变、压力、振动和温度传感方面表现出色。基于这些性能，PAM-PVA-SA-rGO/NFs 可应用于多种应用场景，如智能袖套和尿布警报器，以及监测人类说话和呼吸。这些结果表明，PAM-PVA-SA-rGO/NFs 将对未来智能系统、软机器人、可穿戴设备等的发展产生重要影响。
文献：https://doi.org/10.1021/acsapm.3c00957
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