郭传飞、项晓东教授关于100%自愈合的水凝胶及其在柔性电子应用的论文发表在Advanced Functional Materials上

2021-03-20

水凝胶可应用于可穿戴电子设备、组织工程、可植入电子设备等。水凝胶的性能很大程度上取决于其化学组成。然而,为了增强和协同其机械力学性能、生物医学功能、电性能和自愈性能,越来越多的组分被添加到合成水凝胶的配方中,这使水凝胶性能的优化变成了一个巨大的挑战。

图1. 高通量合成方法及所采用的化合物

合作项目组利用高通量筛选技术系统研究甜菜碱水凝胶的组成-性质关系。探索了8种成分的作用,并制备了150多种水凝胶(图1),并对其性能进行了研究和比较。通过采用高通量筛选方法,得到了断裂伸长率约为4000%,断裂强度约为400 kPa,自愈效率约为100%的水凝胶。通过将水凝胶与PEDOT:PSS和AgNWs结合使用,制备了本征可拉伸和自修复的导电材料,并将其成功应用于LED电路和压力传感器(图2)。基于该水凝胶的导体以及电子皮肤在室温环境条件下均表现出令人印象深刻的快速自愈性能。

图2. 水凝胶电极和基于水凝胶的电子设备的自我修复性能的展示

实验表明,高通量筛选可以有效和系统地探索多种成分对聚磺酸甜菜碱水凝胶性能的影响,筛选出了具有出色机械力学性能和自愈合性能的聚磺酸甜菜碱水凝胶;并建立了一个材料-力学性能的数据表,供不同应用需求挑选材料成分。这项工作成功地将高通量合成方法扩展到水凝胶电子领域,并展示了可修复的柔性电子领域在材料开发和器件设计方面的新方向。本文的第一作者为南方科技大学、哈工大深圳联合培养硕士丁燕,现已毕业;通讯作者为南方科技大学教授项晓东、郭传飞和北京大学深圳研究生院助理研究员张超红。

本文以High-throughput Screening of Self-Healable Polysulfobetaine Hydrogels and Their Applications in Flexible Electronics发表于Adv. Funct. Mater.( https://doi.org/10.1002/adfm.202100489)