米兰体育官网北京化工大学杨冬芝教授ACS AMI：-80℃下具有拉伸柔性和导电性

2024-07-22 06:18:09

　　米兰体育官网水凝胶的抗冻性、抗失水性及力学强度等性能很大程度上影响了其在可穿戴器件领域的应用。在诸如南极点、北极地区的阿拉斯加和珠穆朗玛峰等超低温环境中，冬季气温常年在-50℃以下，有时甚至低于-70℃。因此开发具有出色耐超低温性能的柔性传感器件对监测探险者的身体运动信号，保障人类极地活动具有重要意义。

　　然而，开发耐超低温的导电水凝胶具有挑战性，因为传统水凝胶在低温环境下冻结，同时载流子传输减慢，最终致使其柔韧性和电导率严重下降。当前常用策略包括聚合物网络修饰或向凝胶体系中引入多元醇等抗冻剂，通过上述方法最高可将水凝胶凝固点降低至-50℃附近，但往往无法协同提升低温下的电导率，因此如何高效兼顾低温下的柔性和电导率的问题仍待解决。

　　在此，北京化工大学杨冬芝教授团队受抗冻海水启发，通过增强凝胶组分与水分子相互作用以及强化离子传输来提升导电水凝胶抗冻性能。该工作基于聚合物双网络、Hofmeister效应和静电相互作用的协同作用，成功设计了一种耐超低温和抗干燥的导电水凝胶（PMS）。PMS水凝胶可以承受−80°C的超低温，同时具有令人满意的抗干燥能力，且在高温失水后可以在一定湿度条件下进行自再生。该工作通过在水凝胶中引入少量MXene二维纳米片构筑连续导电网络改善水凝胶中的载流子迁移，即便温度降至-80°C，水凝胶仍然具有1.4 S m -1的离子电导率米兰体育官网。最后，研究者采用该水凝胶组装的电子皮肤实现了在-80°C下运动监测。这项研究为设计用于极端寒冷和干燥地区下具有优异导电性和出色柔性的抗冻水凝胶提供了简单有效又易于规模化的策略。