聂双喜教授最新《AFM》：自拼装驱动超分子环绕的纤维素冲突电气凝胶！

  新一代可穿戴电子科技类产品在生物医学、个人健康监测等范畴的加快速度进行开展，具有彻底改动人类未来生活方式的潜力。在改进功用电子科技类产品鲁棒性的一起进步其可继续穿戴才能（小标准、轻量化和自供电性等），是推进上述革新的有效途径。根据触摸起电和静电感应耦合机制的冲突电式传感器，成为改动人类获取周围环境信息的高效东西。智能冲突电式传感器在处理电子科技类产品动力供应问题的一起，拓宽了资料的挑选规模，以此将灵敏赋予传感设备更多的特别功用。这为经过定制轻质、巩固的冲突电资料以协同进步可穿戴电子科技类产品的鲁棒性和继续可穿戴才能供给了规划思路。

  近来，王双飞院士团队聂双喜教授课题组根据“以患为利”的规划思维，制备了一种具有超高强度和多标准结构的冲突电气凝胶膜。“晦气的”自加快效应协助聚合物分子链之间构成多重氢键并快速呈现凝胶化行为，敏捷匹配的双氢键诱导纤维素纳米纤维与聚苯胺超分子在纳米空间内自拼装出具有多标准环绕的凝胶结构，一起结合树叶仿生的增强机制，此气凝胶膜的拉伸强度进步至104 MPa。根据该气凝胶膜所构筑的可穿戴冲突电传感器显示出杰出的鲁棒性和超快的呼应（48 ms）。该项效果以题为“Multiscale structural triboelectric aerogels enabled by self-assembly driven supramolecular winding”宣布在最新一期天然指数期刊《Advanced Functional Materials》（IF=19.0）上。

  图1. 冲突电气凝胶的规划创意。（a）自拼装驱动超分子构成多标准的环绕结构。（b）气凝胶规划中自加快效应的合理使用。（c）展现了由气凝胶膜所构筑的冲突电式微型传感器。（d）该传感器的可集成性、可穿戴功能以及有毒环境中的高鲁棒性。

  图2. 冲突电气凝胶膜的制备战略。（a）冲突电气凝胶膜制备与拼装进程。（b）气凝胶规划中自加快行为的详细化学原理。（c）气凝胶膜内部丰厚的穿插环绕结构（SEM图）。（d）凝胶化进程中PANI超分子对CNF的包裹（TEM图）。（e）冲突电气凝胶膜的拉伸应力-应变曲线。（f）冲突电气凝胶膜的增量孔隙散布和累积孔隙体积。

  图3. 冲突电气凝胶的结构演化。（a）纤维素二糖和苯胺的分子静电势（MEP）。（b）气凝胶在自拼装驱动进程中不同状况触及的反响。（c）PANI超分子在拼装进程中构成的纳米级树杈状结构（TEM图）。（d）XRD图谱表征了结晶度的改变。（e）冲突电气凝胶中首要元素的散布。（f）XPS全谱图显示出不同酸度条件下冲突电气凝胶具有的不同掺杂度。（g-h）评价不同酸度冲突电气凝胶的成分改变与电导率。

  图4.气凝胶基冲突电式传感器的功能。（a）冲突电式传感器的结构组成。（b）传感器的自供电作业机制。（c）不同气凝胶的冲突电功能比照。（d）气凝胶基冲突电传感器的呼应时刻与恢复时刻。（e-f）评价气凝胶基传感器的在不同负载下的输出与功率。（g）不一样的温度下传感器的呼应特性。（h）不同频率下传感器的输出功能。（i）传感器的耐久性测验。（j）冲突电传感器的集成化展现。

  图5.传感器在有毒环境的多功用使用。（a）自供电传感器的多功用传感计划。（b）可穿戴传感器对有毒环境（NH3）中的呼应机理。（c-d）可穿戴传感器经过摩尔斯暗码完成人机交互。（e）传感器在低温状况下对不同浓度氨气的呼应。（f）传感器对毒气环境的呼应时刻。（g）传感器对毒气环境的呼应拟合曲线。（h）以及对不同有毒环境的辨认。（i）可穿戴传感器经过蓝牙完成实时的信息交互。（j-k）传感器有毒环境中经过莫尔斯电码进行通讯。

  总归，这项作业经过对传统自由基聚合反响中“晦气的”自加快效应做到合理操控，制备了一种具有多标准环绕结构的纤维素基冲突电气凝胶，并根据此资料开发了一种用于有毒环境中的高鲁棒性自供电传感器。这种“以患为利”的风趣规划思维，为高功能气凝胶的简洁制备供给了参阅，以此构建的自供电传感器有望促进可穿戴产品在杂乱环境中的进一步使用。