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中国科学院Jia, Luyao新发现:可调谐仿生离子极化诱导软水凝胶中的巨型离子柔电

论论资讯 | 2024-06-08 1426热度

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Giant Iontronic Flexoelectricity in Soft Hydrogels Induced by Tunable Biomimetic Ion Polarization

Jia Luyao; Li Longwei; Guo Zi Hao; Sun Hao; Huang Haiming; Sun Fuchun; Wang Zhong Lin; Pu Xiong

Published:2024-06-07
DOI:10.1002/adma.202403830

研究背景

在当今科技快速发展的时代,柔性电子材料因其独特的机械和电学特性而备受关注。然而,传统柔性电材料如晶体材料,由于其晶体对称性的限制,往往表现出较小的柔性电系数,且易碎,难以承受大的形变。这一局限性限制了柔性电子材料在可穿戴设备、生物医学传感器等领域的应用。因此,开发一种新型的高性能柔性电材料,成为当前研究的热点。

研究内容

本研究在《Advanced materials》杂志上发表,题为“巨型离子电子柔性电效应在软水凝胶中的可调仿生离子极化”。研究团队受到生物体内离子极化现象的启发,开发了一种新型软水凝胶材料,该材料在弯曲变形下通过阳离子和阴离子不同的转移速率实现离子极化,从而展现出巨大的柔性电效应。研究中,通过调节水凝胶中阴离子-阳离子对和聚合物网络的类型,实现了对柔性电效应的精确调控。特别地,一种含有1 M NaCl的聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶,其柔性电系数达到了约1160 μC/m,通过进一步优化离子对和额外聚阳离子链的协同效应,这一数值可提升至约2340 μC/m。此外,该水凝胶材料因其低模量和高弹性,能够承受更大的弯曲变形,从而在变形过程中产生更高的极化电荷。

研究意义

本研究的创新之处在于将柔性电效应扩展到了软性、仿生和生物兼容的材料领域。这种新型水凝胶材料不仅具有高柔性电系数,而且具有良好的生物相容性和可调节性,为柔性电子材料的应用开辟了新的方向。此外,研究团队还展示了这种水凝胶材料在机器人手部物体识别传感器中的应用,证明了其在实际应用中的巨大潜力。这一发现不仅推动了柔性电材料科学的发展,也为生物医学工程、智能机器人等领域提供了新的技术支持。 总之,这项研究不仅在材料科学领域取得了突破,也为柔性电子技术的未来发展提供了新的思路和方法。

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