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  近日，華中科技大學(xué)強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/電氣與電子工程學(xué)院趙龍教授團(tuán)隊(duì)利用電離輻射技術(shù)成功制備出基于聚（離子液體）/MXene凝膠的多功能柔性應(yīng)變傳感器，相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際知名期刊Chemical Engineering Journal上。

  柔性應(yīng)變傳感器（FSSs）可以將來(lái)自外界刺激的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)電信號(hào)，因而在人體運(yùn)動(dòng)、健康監(jiān)測(cè)、人機(jī)界面和軟機(jī)器人等領(lǐng)域被廣泛研究。導(dǎo)電水凝膠因其制備簡(jiǎn)單、柔韌性高、導(dǎo)電性好、自愈能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的研究。然而，水凝膠衍生的FSSs通常具有較差的耐溫性和相對(duì)狹窄的電化學(xué)窗口，嚴(yán)重限制了進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用。盡管許多研究人員嘗試使用低揮發(fā)性有機(jī)溶劑制備的有機(jī)凝膠代替水凝膠作為傳感材料來(lái)解決上述問(wèn)題，但有機(jī)凝膠往往表現(xiàn)出相對(duì)較低的電導(dǎo)率和靈敏度。因此，如何制備同時(shí)兼具高靈敏度和導(dǎo)電性、優(yōu)異的環(huán)境耐受性、柔性可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)的高性能FSSs導(dǎo)電材料是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)的任務(wù)。

二維（2D）過(guò)渡金屬碳化物/氮化物（Ti₃C₂T_x MXene）作為一種新型的二維納米材料，具有高的化學(xué)穩(wěn)定性、柔韌性、優(yōu)異的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，在FSSs中顯示出很高的應(yīng)用潛力。此外，MXene表面豐富的活性基團(tuán)（-OH，-F和=O）可以和聚合物基體之間形成豐富的非共價(jià)交聯(lián)作用，從而提高凝膠的機(jī)械性能和導(dǎo)電性。

本文亮點(diǎn)

  1.針對(duì)上述問(wèn)題，本工作提出了增加凝膠中的非共價(jià)作用以及在交聯(lián)結(jié)構(gòu)中引入共價(jià)/非共價(jià)協(xié)同作用機(jī)制來(lái)提高和改善凝膠的機(jī)械性能，穩(wěn)定性和導(dǎo)電性的思路。本工作使用含有-C=C-雙鍵的咪唑類ILs分別作為單體和交聯(lián)劑，Ti₃C₂T_x MXene同時(shí)作為物理“交聯(lián)劑”和導(dǎo)電納米填料，首次采用電離輻射技術(shù)誘導(dǎo)離子液體單體在有機(jī)溶劑中發(fā)生輻射聚合/交聯(lián)，一步法原位制備出一系列兼具共價(jià)和非共價(jià)交聯(lián)結(jié)構(gòu)的雙交聯(lián)新型聚（離子液體）/MXene（C_n-PIL/MXene）凝膠。

  2.本工作系統(tǒng)研究了不同碳鏈長(zhǎng)度的咪唑ILs單體的凝膠化機(jī)制及其凝膠性能。結(jié)果表明， 含有較短烷基側(cè)鏈的IL形成的凝膠（C₂-PIL/MXene）具有更好的拉伸性（≈600%）、良好的導(dǎo)電性(4.9 mS cm^?1)、快速的自愈能力（<8 min）、優(yōu)異的粘附性（266.9 kPa）和快速的響應(yīng)時(shí)間（<100 mS）。此外，所制備的C₂-PIL/MXene凝膠還具有優(yōu)異的抗凍性能（?60 ℃）、環(huán)境耐受性（90天）和優(yōu)異的抗菌活性（抗菌率：大腸桿菌（99.82%），金黃色葡萄球菌（99.98%）。

  3.基于C₂-PIL/MXene凝膠的多功能柔性應(yīng)變傳感器，能夠?qū)崟r(shí)快速的響應(yīng)人體的各種活動(dòng)，識(shí)別書(shū)寫(xiě)筆畫(huà)，實(shí)現(xiàn)信息的加密傳輸，在柔性智能可穿戴設(shè)備中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

圖8. C₂-PIL/MXene凝膠的抗菌性研究

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143660