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【材料】王双飞院士/聂双喜教授AFM：多尺度结构纳米纤维素摩擦电气凝胶

时间：2023-09-22 来源： 浏览：

【材料】王双飞院士/聂双喜教授AFM：多尺度结构纳米纤维素摩擦电气凝胶

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基于接触起电和静电感应耦合机制的摩擦电式传感器，是感应并反馈用户体态的高效工具。通过摩擦纳米发电机构建可穿戴自供电传感器，不仅解决了传感器供能的问题，而且极大的拓展传感材料的选择范围，这为通过定制坚固、轻质的摩擦电材料以协同解决设备小型化、高力学稳定性和传感响应灵敏性等问题提供了思路。气凝胶是传感设备轻便化发展的理想原材料，气凝胶的力学性能不足，实际应用中多孔结构易收缩和塌陷，极大影响了传感器的响应稳定性和准确性，限制了应用场景的拓展。
近日， 王双飞 院士团队 基于Hofmeister效应构筑了多尺度结构的纳米纤维素摩擦电气凝胶 ，相关工作近日发表在 Advanced Functional Materials 上。气凝胶展现出超高刚度，杨氏模量高达142.9 MPa，比模量高达340.6 kN m k g -1 ，支撑自身重量的6600倍后依旧不变形。超高刚度的摩擦电气凝胶被用于构建高鲁棒性的可穿戴自供电传感器，即使在343 kPa压强的冲击后仍能工作。

图1. Hofmeister效应在摩擦电气凝胶制备中的应用。

图2. 气凝胶的制备工艺和结构。

图3. Hofmeister效应对气凝胶机械性能的影响。

图4. 传感器的结构设计和工作原理。

图5. 传感器应用于运动状态的监测。
本研究通过Hofmeister效应制备了一种具有优异刚度的摩擦电气凝胶，并基于此材料开发了一种用于人体运动状态监测的自供电传感器。通过对Hofmeister效应的合理使用，使聚合物的结晶度和聚集态增加，实现了高刚度，即杨氏模量142.9 MPa，比模量340.6 kN m k g –1 ，支撑自身重量的6600倍后依旧不变形。通过组装自供电传感器，传感器表现出高压强的响应能力，实现了人体运动状态的精准反馈。本研究为气凝胶的设计策略与应用提供了参考，也有望促进可穿戴产品在智慧医疗领域中的进一步应用。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Multiscale Structural Nanocellulosic Triboelectric Aerogels Induced by Hofmeister Effect
Bin Luo, Chenchen Cai, Tao Liu, Xiangjiang Meng, Xinli Zhuang, Yanhua Liu, Cong Gao, Mingchao Chi, Song Zhang, Jinlong Wang, Yayu Bai, Shuangfei Wang, Shuangxi Nie
Adv. Funct. Mater ., 2023 , DOI: 10.1002/adfm.202306810
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