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木質(zhì)基水凝膠壓力傳感器研制成功

2020-09-23 09:54:18中國科學(xué)報(bào) 崔雪芹 陳勝偉閱讀量：833 我要評論


　　【化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng) 新品動態(tài)】木材經(jīng)過科學(xué)家的深入研究，現(xiàn)在竟然還能用來制作傳感器。近，《應(yīng)用材料與界面》刊發(fā)浙江農(nóng)林大學(xué)研究生聶康晨等人成果，他們通過引入離子導(dǎo)電聚電解質(zhì)后發(fā)現(xiàn)，一種復(fù)合材料便能夠同時(shí)起到隔膜和聚電解質(zhì)的作用，可用于研發(fā)柔性電容式傳感器(CPS)，未來在人機(jī)界面等方面有很大的應(yīng)用潛力。
  
　　聶康晨在沈曉萍、孫慶豐等老師指導(dǎo)下研究發(fā)現(xiàn)，在水凝膠的合成中，利用脫木素后木材天然的纖維素排列結(jié)構(gòu)，往往能起到增強(qiáng)力學(xué)性能的效果，并且這種木質(zhì)基水凝膠還擁有木材的各向異性。
 
　　聶康晨介紹說，以聚丙烯酸(PAA)水凝膠為例，木材纖維素和水凝膠之間主要是通過氫鍵作用相互連接。PAA前驅(qū)溶液滲透到脫木素后木材的豐富孔道中，相互形成很強(qiáng)的三維空間交聯(lián)，聚合之后又添加了鋁離子，能夠和PAA發(fā)生螯合作用，并且?guī)砹穗x子導(dǎo)電性能。對比普通PAA水凝膠，在拉伸方面，木質(zhì)基水凝膠變得非常堅(jiān)韌，這點(diǎn)很像木材。而木質(zhì)基水凝膠的壓縮性能，也在橫向、徑向、弦向三個(gè)方向大為不同，如同木材的各向異性。
 
　　“我們在研究中發(fā)現(xiàn)，由于楊木早晚材處理后孔道數(shù)量分布的影響，木質(zhì)基水凝膠弦切向會擁有更多層次的PAA填充，因此壓縮回彈性能更加優(yōu)秀。”聶康晨說，由于木材自身具有的一些性能，其多種化學(xué)鍵建議起到加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的作用。
 
　　相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)，材料不同截面的利用也不一樣。“這種木質(zhì)基水凝膠不同方向的切片，柔性是不同的，作為CPS的裝配材料，我們研究了以其徑切面和弦切面為介電層制作的電容傳感器，其電極一端是褶皺化處理的氧化還原石墨烯薄膜(rGO)。弦切面由于擁有木質(zhì)基水凝膠中優(yōu)異的壓縮回彈性能，因此獲得的CPS靈敏性能也優(yōu)秀。” 聶康晨介紹說。
 
　　此外，師生們還展示了一些CPS的應(yīng)用場景模擬，以及良好的穩(wěn)定性測試結(jié)果：這種各向異性的木材水凝膠成功地模擬了類似肌肉組織的機(jī)械性能和傳感功能，與褶皺化rGO一起組裝成的CPS擁有高靈敏性，寬量程以及良好的穩(wěn)定性，開拓了木質(zhì)基材料在傳感器領(lǐng)域的研究思路，在人工智能的各個(gè)方面提供了應(yīng)用潛力。
 
　　“我們團(tuán)隊(duì)的相關(guān)研究成果，可以在人工智能的各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛使用作為柔性材料，CPS可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)鍵盤內(nèi)部的硬質(zhì)金屬傳感電路，制備可折疊鍵盤；木材水凝膠的尺寸和形狀可以根據(jù)需求隨意裁剪，從而為人工智能機(jī)器人制備感應(yīng)“皮膚”；在各類運(yùn)動設(shè)施，如拳擊手套、跑跳板、握力測試等設(shè)備上安裝CPS，即可得到實(shí)時(shí)訓(xùn)練數(shù)據(jù)。”聶康晨說。(來源：)
 
　　原標(biāo)題：木質(zhì)基水凝膠壓力傳感器研制成功
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