上海工程技術大學利用高分子復合材料構筑智能傳感器

近日，上海工程技術大學化學化工學院宋仕強博士在智能高分子復合材料領域取得重要研究進展，相關工作分別發(fā)表于材料及能源化學領域頂級期刊《Journal of Materials Chemistry A》(中科院SCI分區(qū)工程技術大類一區(qū)TOP期刊，IF=11.301)和國際知名傳感器類期刊《Sensors and Actuators: B. Chemical》(中科院SCI分區(qū)工程技術大類一區(qū)TOP期刊，IF=7.1)。宋仕強博士為上述論文的第一作者。

具有智能、柔性、仿生等特點的智能高分子材料己成為當代科學發(fā)展的熱點方向。近年來，宋仕強博士一直致力于新型智能高分子材料的設計、制備以及應用。

發(fā)表于《Journal of Materials Chemistry A》上的論文題為“A Self-Healable, Stretchable, Tear-resistant and Sticky Elastomer Enabled by Facile Polymer Blends Strategy” (DOI: 10.1039/D0TA11497A)。文章提出了一種簡便快速的方法制備新型自愈合、可拉伸、抗撕裂和粘接性的彈性體材料，在檢測人體運動等可穿戴設備領域具有潛在應用價值，為可穿戴材料的設計制備提供了重要思路。

論文綜合了高分子彈性體的高延展性、機械強度、良好的抗撕裂性、自愈性和粘接性等性能是具有挑戰(zhàn)性的。采用溴丁基橡膠(BIIR)和萜烯樹脂(p - α p)簡單有效的混合方法，制備了一種具有良好力學性能、良好愈合性、良好抗撕裂性能和粘結性能的新型聚合物彈性體。得益于強勁的共價交聯(lián)之間的BIIR和Pαp以及高度纏結的BIIR網(wǎng)絡,消散的能量進一步加強拉伸性和提高拓撲附著力,彈性體混合可以實現(xiàn)高延性(應變～1720%),機械強度高(11.5 MPa的拉應力)、附著力好各種基質(zhì)(35 kPa)的粘附強度,良好的抗撕裂性能(撕裂能為2300 J m?2)和室溫下的自愈合性能。在此基礎上，制備了一種基于彈性彈性體和單壁碳納米管的應變傳感器。

發(fā)表于《Sensors and Actuators: B. Chemical》上的論文題為“High-performance nacre-like graphene@polymer supported montmorillonite composite actuator and sensor”(DOI: 10.1016/j.snb.2021.129446)。在基于石墨烯優(yōu)異的力學以及光熱轉(zhuǎn)化性能的基礎上，通過納米層間結構設計構筑一種高強度、高導熱和耐高溫的新型制動器和傳感器，在火災預警和模擬人手進行智能抓取等方面具有重要應

在本研究中，論文報道了一種基于還原氧化石墨烯(rGO)、羧基丙烯腈-丁二烯橡膠(XNBR)和蒙脫土(MMT)雙層結構的新型雙響應驅(qū)動器。rGO和XNBR之間的內(nèi)在相互作用以及“機械退火”工藝使rGO@XNBR/MMT執(zhí)行器通過模仿天然的nacres磚砂漿結構并改善石墨烯納米片的規(guī)則性，具有卓越的抗拉強度(149.8 MPa)和韌性(約4.88 MJ/m3)。受益于temperature-passive / humidity-active MMT層的協(xié)同效應和temperature-active / humidity-passive rGO@XNBR層,致動器顯示了良好的驅(qū)動性能,如優(yōu)良的耐久性(> 10000),可逆和大變形(180°),快速響應(< 2 s)。此外,致動器也進行可控的導電性和優(yōu)秀的保溫性能,進一步擴大其潛在的應用,如火焰檢測/傳感器和保護罩。

論文要點：1、研制了一種基于rGO@XNBR/MMT的雙響應驅(qū)動器;2、該驅(qū)動器具有良好的力學性能，為實際應用提供了重要保證;3、執(zhí)行機構具有良好的耐久性，對濕度/溫度的快速響應;4、討論了火災探測和報警傳感器的應用。