华南理工大/南科大:导电,胶粘剂和防紫外线水凝(2)
图4不同DAL/rGO剂量的SA/PAM/DAL/rGO水凝胶的流变特性:a)储能模量,b)损耗模量,c)应变幅度扫描测试。d)这些水凝胶的应力-应变曲线。
2.5 DAL/rGO/SA/PAM水凝胶的粘合性能
DAL的儿茶酚基团赋予SA/PAM水凝胶良好的粘合性。如图5a所示,SA/PAM的粘合强度仅为2.11 kPa,当添加2 wt%的DAL时,粘合强度增加到24.26 kPa,增强了1050%。当剂量增加至4wt%时,由于DAL的聚集,粘合强度降低。进一步的增加将由于DAL的强自由基清除性能而阻碍AM聚合和PAM共价网络的形成。在GO还原过程中,儿茶酚基团的一部分被氧化为醌基团,但DAL的粘附性得以大大保留。如图5b,c所示,掺入3wtúL/rGO的SA/PAM水凝胶在玻璃和猪皮肤上的粘附强度仍高于17.25kPa和13.99kPa。
图5a)SA/PAM/DAL水凝胶在玻璃上的粘合强度和b,c)SA/PAM/DAL/rGO水凝胶在玻璃和猪皮肤上的粘合强度,以SA/PAM/AL/rGO水凝胶作为比较。d)AL,e)DAL,f)oDAL与猪皮肤之间的粘附力。
邻苯二酚基团通过氢键,配位键,共价键和π-π相互作用对各种底物具有较强的粘附力。因此,水凝胶可以粘附在各种表面上,例如玻璃,塑料,树叶和猪皮(图6)。基于邻苯二酚-皮肤的氢键结合和醌-皮肤的动态席夫碱反应,所制备的水凝胶牢固地粘附在受试者的皮肤上,并且由于具有生物相容性设计,很容易被剥离而不会留下任何残留物和过敏反应(图6)。为它们作为柔性传感材料的应用铺平了道路。
图6SA/PAM/DAL/rGO双网络水凝胶在不同基材和作者皮肤上的通用粘附能力。
2.6 SA/PAM/DAL/rGO水凝胶的传感特性
合适的电导率对于水凝胶的柔性传感应用至关重要。如图7a所示,SA/PAM双网络水凝胶几乎是绝缘的,这表明此处可以忽略离子电导率。如图7b所示,水凝胶通过发光二极管(LED)连接到电路中,发光二极管的亮度随水凝胶的应变长度而变化。循环应变从100%到500%不等,平均电阻变化率从167%增加到3986%,而应变系数从1.67增加到7.97(图7c)。
图7a)SA/PAM/DAL/rGO水凝胶的电导率,以SA/PAM/AL/rGO水凝胶作为比较。b,c)SA/PAM/DAL/rGO在不同菌株和染色周期下的抗性变化率。插入:SA/PAM/DAL/rGO内置导电周期中链接的LED的亮度变化。d)演示SA/PAM/DAL/rGO水凝胶作为可穿戴式传感器,用于实时监测各种人体运动:i)以不同角度弯曲食指,ii)弯曲和释放小腿,iii)面部表情。iv)锻炼过程中手腕运动。水凝胶的大小:长20毫米,宽10毫米,厚2毫米。
SA/PAM/DAL/rGO水凝胶的天然防晒性能。除了灵活的传感功能外,由于引入了DAL / rGO,SA/PAM/DAL/rGO水凝胶也是一种很好的防紫外线材料。如图8a所示,纯SA/PAM水凝胶在整个UV-vis范围内没有吸收。当引入DAL/rGO时,由于DAL的良好UV吸收,水凝胶可能会阻止UV辐射。黑色DAL/rGO也吸收可见光。水凝胶的防紫外线能力随DAL/rGO剂量的增加而提高。如图8b所示,当掺入1.5和3.0 wt%的DAL/rGO时,水凝胶的防晒系数(SPF)值分别为4和15,并且紫外线阻隔性能可以维持长达8小时 。
图8a)不同DAL/rGO含量的SA/PAM水凝胶的紫外可见透射率和b)防晒性能。
【总结】
受木质素的植物结合作用和贻贝中聚多巴胺的一般粘附作用的启发,制备了聚多巴胺中具有关键邻苯二酚基团的去甲基化碱性木质素(DAL)。使用具有较强还原能力的DAL还原氧化石墨烯(GO),并将导电混合物(DAL/rGO)添加到海藻酸钠/聚丙烯酰胺(SA/PAM)双网络水凝胶中,并赋予水凝胶良好的粘合性,导电性和紫外线 阻止属性。氧化的DAL与皮肤之间基于儿茶酚的氢键和基于醌的基于席夫(Schiff)的反应,而rGO提供了导电途径,使SA/PAM水凝胶能够灵敏地监测不同的生理信号和人体运动模式。DAL还可以为水凝胶提供长效防晒性能。丰富的资源,简便的制备方法和独特的结构使DAL在多功能水凝胶和柔性电子皮肤的构建方面具有巨大的潜力。
参考文献:doi.org/10.1002/smtd.
文章来源:《华南国防医学杂志》 网址: http://www.hngfyxzz.cn/zonghexinwen/2021/0324/583.html