Multifunctional bacterial cellulose-based organohydrogels with long-term environmental stability

doi:10.1016/j.jcis.2021.10.057

論文編號(hào): 520
期刊: Journal of Colloid and Interface Science
影響因子: 9.965
中科院分區(qū): 1 區(qū)
發(fā)表年份: 2022
DOI: 10.1016/j.jcis.2021.10.057
設(shè)備型號(hào): XH-100A
作者單位: 北京林業(yè)大學(xué)；北京林業(yè)大學(xué) 林業(yè)生物質(zhì)材料與生物能源工程研究中心；木質(zhì)纖維化學(xué)北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；北京林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生物質(zhì)清潔利用研究中心
Beijing Forestry University; Engineering Research Center of Forestry Biomass Materials and Bioenergy, Beijing Forestry University; Beijing Key Laboratory of Lignocellulosic Chemistry; Research Center of Biomass Clean Utilization, College of Materials Science and Technology, Beijing Forestry University
研究方向: 柔性傳感器有機(jī)水凝膠細(xì)菌纖維素復(fù)合材料微波快速成膠抗凍導(dǎo)電材料可穿戴電子皮膚

事實(shí)快照

論文：具有長(zhǎng)期環(huán)境穩(wěn)定性的多功能細(xì)菌纖維素基有機(jī)水凝膠
設(shè)備：XH-100A
期刊與分區(qū)：Journal of Colloid and Interface Science，中科院 1 區(qū)
關(guān)鍵結(jié)果：斷裂伸長(zhǎng)率 1300%；室溫拉伸強(qiáng)度 1.0 MPa；粘附強(qiáng)度 0.32 MPa
用途：可作為柔性傳感器、有機(jī)水凝膠的論文證據(jù)頁(yè)。

研究摘要

作者針對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)電水凝膠普遍存在的脆性大、低溫易凍結(jié)、水分易蒸發(fā)、使用壽命短以及粘附和自修復(fù)能力不足等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了以 PVA/PVP 共價(jià)網(wǎng)絡(luò)為第一網(wǎng)絡(luò)、BCs-Ca2+ 配位網(wǎng)絡(luò)為第二網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)絡(luò)有機(jī)水凝膠體系。論文中，祥鵠 XH-100A 的核心作用是在無(wú)外加交聯(lián)劑和引發(fā)劑的情況下，對(duì)混合前驅(qū)液進(jìn)行快速微波加熱，幫助體系在短時(shí)間內(nèi)形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。最優(yōu) C-Gly5 有機(jī)水凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異綜合性能：室溫拉伸強(qiáng)度約 1.0 MPa、斷裂伸長(zhǎng)率約 1300%、韌性約 6.2 MJ/m3、導(dǎo)電率 3.4 S/m、應(yīng)變靈敏系數(shù) GF≈1.24、最大粘附強(qiáng)度約 0.32 MPa、自修復(fù)后伸長(zhǎng)率可達(dá) 632%。材料還能在 -20 ℃ 下正常工作，并可穩(wěn)定監(jiān)測(cè)手指、手腕、肘部、膝蓋、眨眼和發(fā)聲等動(dòng)作信號(hào)。

研究背景與解決的問(wèn)題

作者針對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)電水凝膠普遍存在的脆性大、低溫易凍結(jié)、水分易蒸發(fā)、使用壽命短以及粘附和自修復(fù)能力不足等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了以 PVA/PVP 共價(jià)網(wǎng)絡(luò)為第一網(wǎng)絡(luò)、BCs-Ca2+ 配位網(wǎng)絡(luò)為第二網(wǎng)絡(luò)的雙網(wǎng)絡(luò)有機(jī)水凝膠體系。

關(guān)鍵結(jié)果

斷裂伸長(zhǎng)率 1300%

室溫拉伸強(qiáng)度 1.0 MPa

粘附強(qiáng)度 0.32 MPa

伸長(zhǎng)率 632%

指標(biāo)	結(jié)果
斷裂伸長(zhǎng)率	1300%
室溫拉伸強(qiáng)度	1.0 MPa
粘附強(qiáng)度	0.32 MPa
伸長(zhǎng)率	632%

機(jī)制/方法亮點(diǎn)

這篇論文的核心機(jī)理是“微波快速構(gòu)網(wǎng) + 雙網(wǎng)絡(luò)協(xié)同耗能 + 甘油/水抗凍保濕”。
PVA/PVP 共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提供柔性和整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
BCs-Ca2+ 動(dòng)態(tài)配位網(wǎng)絡(luò)作為能量耗散單元，強(qiáng)化材料強(qiáng)度、韌性和回復(fù)能力
XH-100A 的快速微波加熱幫助前驅(qū)體系迅速均勻成網(wǎng)，縮短制備時(shí)間
甘油與水形成強(qiáng)氫鍵，降低冰晶形成傾向，同時(shí)抑制水分蒸發(fā)

應(yīng)用價(jià)值

在無(wú)額外交聯(lián)劑和引發(fā)劑條件下實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)絡(luò)有機(jī)水凝膠快速制備。
把 BCs-Ca2+ 配位網(wǎng)絡(luò)與 PVA/PVP 共價(jià)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，兼顧強(qiáng)度、韌性和回復(fù)性。
同時(shí)實(shí)現(xiàn)抗凍、保濕、導(dǎo)電、粘附和自修復(fù)，多性能集成度高。
-20 ℃ 下仍可工作，空氣中穩(wěn)定超過(guò) 15 天，適合實(shí)際環(huán)境應(yīng)用。
可直接用于大幅動(dòng)作與微弱生理信號(hào)監(jiān)測(cè)，展示了柔性傳感器落地潛力。

常見問(wèn)題

這篇論文使用了哪種設(shè)備？

本研究使用 XH-100A。

研究的核心發(fā)現(xiàn)是什么？

該研究發(fā)表于 Journal of Colloid and Interface Science（2022），使用 XH-100A 開展柔性傳感器、有機(jī)水凝膠研究，關(guān)鍵結(jié)果包括斷裂伸長(zhǎng)率 1300%；室溫拉伸強(qiáng)度 1.0 MPa；粘附強(qiáng)度 0.32 MPa。

該研究發(fā)表在哪個(gè)期刊？

發(fā)表于 Journal of Colloid and Interface Science，中科院 1 區(qū)。

引用信息
Multifunctional bacterial cellulose-based organohydrogels with long-term environmental stability
Journal of Colloid and Interface Science, 2022
DOI: 10.1016/j.jcis.2021.10.057