导电水凝胶由于具有足够的灵活性、耐用性和功能多样化的独特特性,在柔性应变传感器领域具有巨大的发展前景.然而,制备水凝胶的聚合过程大多耗时、耗能且会使用有毒的交联剂,严重阻碍了其在这一新兴领域的实际应用.文中通过木质素磺酸钠/Fe3+组成的新型动态氧化还原体系,以羧甲基纤维素钠(CMC)和丙烯酸(AA)为基本原料,在室温快速制备了具有良好力学性能(拉伸强度435 kPa、断裂伸长率1043％)、较高离子电导率(2.23 S/m)、良好传感灵敏度(GF=2.76)及电自修复能力的CMC/PAA/Fe3+导电水凝胶.基于该凝胶所制备的应变传感器可以通过稳定且可重复的电信号检测人体大幅度或细微的运动,展现出了其在个人健康监测、人体运动检测和人机交互中的潜在应用价值.在室温快速制备水凝胶的方法为构建用于各种传感应用的导电水凝胶提供了新的思路.
Conductive hydrogels have shown great promise in flexible electronics, but their practical applications may be impeded by the time-consuming and energy-consuming polymerization process. We proposed a sodium lignosulfonate-Fe (SLS-Fe) strategy to address this challenge and took advantage of carboxymethyl cellulose (CMC) and poly(acrylic acid) to prepare the CMC/PAA/Fe3+/LiCl interpenetrating conductive hydrogels with good self-healing properties, antifreezing properties, and a 6-fold increase in conductivity in this study. The hydrogel-based flexible strain sensors demonstrated a broad detection range (400%), high sensitivity (GF = 6.19 at 200-400%), and human motion detection capability. The hydrogel-based supercapacitor exhibited a single-electrode specific capacitance of 122.36 F g-1 which successfully powered LEDs. Furthermore, the supercapacitor showed a single-electrode specific capacitance of 83.16 F g-1 at -23 °C (68% of the one exhibited at 25 °C). Therefore, the multifunctional performance of the CMC/PAA/Fe3+/LiCl hydrogel is anticipated to play an exemplary role in a new generation of flexible electronics.
将木质素磺酸钠(Lgs)引入到以海藻酸钠(SA)和丙烯酰胺(AAm)为基体的溶液中,通过自由基聚合法制备得到多孔三维的复合水凝胶(SA/AAm-Lgs),使用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和力学性能测试仪等对其结构和性能进行分析,并将其应用于去除废水中的Fe3+.研究结果表明:实验成功制备了多孔三维网状结构的复合水凝胶SA/AAm-Lgs.当Lgs用量增加时,水凝胶的断裂伸长率和抗拉强度相应增加,溶胀性能也有一定程度提高.SA/AAm-Lgs(含Lgs 7 mg)静态吸附Fe3+的较佳工艺为:水凝胶用量0.5 g、温度25℃、Fe3+初始质量浓度2 g/L,该条件下水凝胶对Fe3+的吸附量可以达到143 mg/g,吸附性良好且具有循环使用性能.吸附动力学和吸附等温线模拟结果表明该水凝胶对Fe3+的吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型.此外,通过固定床工艺对Fe3+进行动态吸附实验证明了 SA/AAm-Lgs具有良好的工业价值.对固定床高度、Fe3+进水质量浓度和流速对突破曲线的影响进行探讨,结果表明:随着固定床高度的增加,突破时间延长;随着Fe3+进水质量浓度增大和流速增加,突破时间急剧缩短.BDST模型能准确预测不同流速或浓度下的突破时间,理论突破时间和实际突破时间的平均误差均小于15％.
分别使用壳聚糖(CS)、葡萄糖(GL)、海藻酸钠(SA)以3种生物质材料为基体与三聚氰胺复合制备得到了CS-CDs、GL-CDs和SA-CDs这3种碳点.通过对比发现CS-CDs的荧光性能最好.将CS-CDs引入到以SA为基体的水凝胶中,得到了对Fe3+有特异性荧光猝灭的作用,并对其具有良好的吸附性以及良好的循环使用性能.结果表明,(CS-CDs)-SA-Lgs-gel可以作为一种有效的对Fe3+视觉检测和吸附双功能,具有良好的应用前景.
