mac|自供电电子皮肤！基于碳点水凝胶的高性能触觉传感器苹果|罗技|键盘

文章图片

文章图片

文章图片

第一作者：Yunfei Yu
通讯作者：封伟
通讯单位：天津大学
背景介绍
柔性电子皮肤（E-skin）是一种可以模拟人体皮肤对外部刺激，例如压力，温度和湿度，做出反应的新兴电子设备。它具有轻巧灵活、高灵敏度、可集成、便携等优点，可用在机器人仿生皮肤、假肢、人机交互、视觉显示等领域的应用。研究人员使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）、热塑性聚氨酯（TPU）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等弹性体与石墨烯（rGO）、碳纳米管（CNTs）和炭黑（CB）等碳基导电纳米材料或银纳米线（AgNWs）和金纳米线（AuNWs）等金属导电纳米填料相结合，设计了微纳米结构（如裂纹和褶皱）来制备柔性触觉传感器。然而，制备具有优异力学性能、高生物相容性和制造柔性触觉传感器仍具有挑战，特别是大部分器件需要电池供电，严重阻碍了柔性触觉传感器的进一步发展。本文要点
该工作制备了一种多功能离子导电聚丙烯酰胺（PAM）/碳量子点/硅酸锂镁（LMS）水凝胶（PQL），由PQL导电水凝胶组装而成的触觉传感器可以监测1-2000%范围内的应变变化，具有高线性灵敏度（2.6），同时对人体运动（如手指弯曲）表现出耐用性和稳定性（1250次）。碳量子点还赋予PQL水凝胶光致发光特性，进一步扩大了PQL水凝胶在可穿戴设备中的应用。此外， PQL水凝胶还可以用作单电机TENG自供电触觉传感器的可拉伸电极，为制备自供电电子皮肤提供一种新的策略。
图文解析

要点：
1.      图1a示出了PQL导电水凝胶的合成示意图，将碳量子点和LMS添加到水性单体丙烯酰胺（AM）溶液中，通过化学交联网络合成PQL导电水凝胶。 SEM图像突出了该水凝胶的多孔结构。

要点：
1.      由于PQL水凝胶优异的拉伸性能和机械强度主要来源于众多官能团（–COOH ， –OH和Mg2+），因此，该工作通过改变LMS含量来控制PQL水凝胶的机械性能（图2a）。其中， 20mg/ml的含量具有中等力学性能的PQL水凝胶作为制备触觉传感材料的最佳浓度。
2.      该工作还表征了PQL水凝胶的环状拉伸性能（图2c ， d）。结果表明，PQL水凝胶在循环拉伸过程中表现出较小的滞后，对其在应变传感中的循环应用具有重要意义。
3.      该水凝胶还具有粘附性能， LMS和碳点的加入改善了水凝胶的粘附性能，使PDMS基体的粘附强度从5.87 kPa提高到11.03 kPa 。作为准固体材料，水凝胶不仅具有流体的粘度，可以耗散能量，而且具有固体储存能量的弹性。在流变测试中，储能模量（G′）代表凝胶的固体性质，损耗模量（G“）代表凝胶的流体特性，粘度与凝胶的内聚能有关。能量越高，凝胶的粘度越大。如图2f所示，在频率扫描模式下，所有样品的G′和G“值随着测试频率（剪切应力）的增加而增加，两者都高于测试频率范围内的G” 。 G′>G“的大小相对稳定，表明凝胶样品的凝胶性质对剪切频率不敏感。
要点：
1.      图3主要表征了PQL水凝胶的应变传感特性。