摘要
图文导读
图 1. 机械稳健、离子导电和抗冻 PAC-CGO-Na 纳米复合水凝胶的设计策略和制造工艺。 (a) 不同状态水的分子结构分析:固体(冰山)和液体(海水)。 (b) 起始溶液,包括 AM、CS、CGO、HPSi 和 APS,形成均匀的前体悬浮液。 (c) 基于 PAC-CGO-Na 水凝胶的柔性应变传感器示意图,用于低温环境下的多尺度应变检测。
图 2. 微观结构和化学相互作用的表征和分析。 (a) PAC、(b) PAC-CGO 0.2 和 (c) PAC-CGO 0.2-Na 90、360 水凝胶的照片和 SEM 图像。 (d) PAC-CGO 0.2 和 PAC-CGO 0.2-Na 90, 360 水凝胶的 FT-IR 和 (e) XPS 光谱。 (f) PAC-CGO 0.2-Na 90,360 水凝胶的 C1s 光谱和 (g) SEM 元素映射。
图 3. PAC-CGO-Na 水凝胶的力学性能优化。 (a) 复合水凝胶在 NaCl 溶液 (360 g/L 90 min) 中浸泡前后的拉伸应力-应变曲线和 (b) 相应的拉伸强度和韧性。 具有不同 (c) CGO 含量、(d) NaCl 浓度和 (e) 浸泡时间的 PAC-CGO-Na 水凝胶的应力-应变曲线。 (f) Ashby图比较了优化的 PAC-CGO-Na 水凝胶与文献中报道的溶剂含量相似为 75-92 wt% 的其他离子导电水凝胶的拉伸强度和断裂伸长率。
图 4. PAC-CGO 0.2-Na 90,360 水凝胶的机电性能。 响应循环拉伸测试的实时相对电阻变化(a)不同应变水平(50-800%)和(b)连续测试(200 次循环)的应变为 200%,固定速度为 100 mm min-1。 不同 (c) 压缩应变值和 (d) 应变率条件下的实时相对阻力变化。 (e) LED 灯在 1.5 V 工作电压下响应拉伸或压缩加载-卸载过程的亮度变化的实验图像和示意图,展示了对机械变形变化的出色监测响应。 (f) 测量因子与连续施加的 PAC-CGO 0.2-Na 90,360 水凝胶菌株的关系。 (g) 字母的摩尔斯电码,即通过触摸水凝胶表面产生的“ZAFU&PACCGO”。
图 5. 基于水凝胶的应变传感器对不同关节的传感行为。 (a) PAC-CGO 0.2-Na 90,360 水凝胶作为人体关节检测的柔性传感器的示意图。 (b 和 c) 不同角度 (0o、45o 和 90o) 的手指弯曲、(d) 手腕和 (e) 固定角度的肘部弯曲时阻力响应的相对变化。 (f) 具有不同步行频率的不同信号,在不同的步行状态下显示出可重复且不同的信号。
图 6. 微小人体运动的检测。 (a) PAC-CGO 0.2-Na 90,360 水凝胶作为人体运动检测的柔性传感器的示意图。 (b, c) 响应不同面部表情的实时相对阻力变化 (R-R0/R0):惊讶、沮丧和打击。 (d) 水凝胶传感器在加载和卸载吹气行为时的响应时间。 对声音变化的抵抗反应的相对变化,包括(e-h)不同的字母,喉咙状态:(i-k)用于问候的语言和(l)轻而大声的咳嗽。
图 7. 防冻机械可靠性及传感评价。 (a) 对于低温条件下的应变传感应用,水凝胶材料应符合以下标准:(i) 在机械变形过程中具有延展性,(ii) 对应变变化提供快速可靠的信号响应 (iii) 在零下温度下高效工作。 (b) PAC-CGO 0.2 和 PAC-CGO 0.2-Na 90,360 水凝胶在 -20 ℃ 下冷冻 30 天后的数字图像,显示出优异的耐冻性。 (c) PAC-CGO 0.2-Na 90,360 水凝胶在液氮上方伸展的照片。 (d) PAC-CGO 0.2 和 PAC-CGO 0.2-Na 90,360 水凝胶在 25 ℃ 和 -20 ℃ 下的机械参数和电导率(十字符号表示样品损坏)。 多尺度变形时阻力的相对变化:(e) 固定拉伸应变为 200% 的循环拉伸试验和 (f) 声乐变化,中文:“你好”。 (g) PAC-CGO-Na 水凝胶传感器与目前报道的基于水凝胶的传感器在拉伸强度、韧性、最大工作范围、规格系数和防冻性能方面的比较。
小结
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