可穿戴裝置可實時監測人體的生理訊號，溫度感測能夠及時發現人體潛在的病變可能，預防、監測、並跟蹤治療後的恢復進展，在醫療與健康領域具有重要意義。離子材料具有優異的生物相容性和人體安全性，是柔性可穿戴裝置的重要材料之一，離子運動對溫度有強烈依賴性，可用於研製高效能溫度感測器。仿生離子水凝膠感測器為醫療保健、人工假體和醫療診斷等生物用途構建一致的訊號傳輸介面，在訊號監測、人機介面等方面發揮顯著作用。然而，可穿戴器件在工作時可能會承受佩戴部位的形變或外界的力作用，因此，仍然需要發展具有韌性的、耐用的水凝膠感測器，使柔性水凝膠可穿戴裝置適應外部複雜應力環境。
南京大學的潘力佳和施毅研究團隊報道了基於-海藻酸鈉（PAAm-SA）離子水凝膠的柔性溫度，透過PAAm-SA雙交聯網路使水凝膠材料具有高的韌性。研究了離子水凝膠中影響離子遷移率的因素，如離子尺寸、溫度、電壓等。PAAm-SA水凝膠以離子導電為主，研究發現水凝膠中的離子活化能與離子尺寸有關，離子直徑越大，活化能越大，離子導電性對溫度的依賴性越大。並基於離子遷移對溫度的依賴性製備了溫度感測器。實現了低迴滯、高魯棒性的溫敏特性。（Mechanically Robust, Flexible, Fast Responding Temperature Sensor and High-Resolution Array with Ionically Conductive Double Cross-Linked Hydrogel. Advanced Functional Materials, 2024, DOI: 10.1002/adfm.202314433）
離子導電性
溫度感測與可穿戴應用
該團隊採用了紫外共聚法制備離子溫度感測器，水凝膠器件得到了完好的封裝，極大地減少了水凝膠脫水對溫度響應的影響，增大溫度響應範圍（22-100℃），快速的溫度響應速度（響應40℃僅需2.02秒），同時使得感測器具有較低的回滯（~2.93%）及對外加應力較高的魯棒性，承受2000次迴圈壓縮後對 溫度的響應幾乎沒有衰減。
研究者製備了0.15mm-1解析度的溫度感測器陣列，實現了對小區域內溫度分佈的識別。透過微納加工工藝製備了5×5溫度感測器陣列，薄的聚對苯封裝層設計讓溫度能快速傳導到器件，並在器件陣列引入了微氣隙結構，利用不同材料的導熱率差異（水有較高的熱導率而空氣則較低），有效降低了感測器畫素之間的熱串擾，增強了溫度分佈檢測的準確性，從而能夠識別手指指尖的溫度分佈，並勾勒出手腕處血管路徑的形狀。該團隊將該水凝膠溫度感測器用於可穿戴裝置的應用，有效檢測了人體不同部位的溫度，並能夠實時監測人體的呼吸。
該團隊報道的基於雙交聯水凝膠的柔性溫度感測器及其陣列，為離子聚合物感測器的可穿戴產品提供了新策略。
文獻連結:
https://doi.org/10.1002/adfm.202314433
來源：高分子科學前沿
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