1、成果简介
具有特殊设计的结构和可调节特性的水凝胶已被视为具有多种应用前景的智能材料，尤其是在柔性传感器领域。但是，大多数基于水凝胶的传感器灵敏度低，这不可避免地会影响其在市场上的推广。本文，大连理工大学宾月珍 教授团队在《Journal of Materials Chemistry B 》期刊发表名为“Self-healing and anti-freezing graphene–hydrogel–graphene sandwich strain sensor with ultrahigh sensitivity”的论文，研究以简单的方式成功地构建了包含夹在两个石墨烯层之间的聚乙烯醇/聚丙烯酸（PVA / PAA）杂化水凝胶的应变传感器，并且其表现出许多优异的性能，包括极高的灵敏度。甘油的加入确保了即使在-15°C时，基于水凝胶的传感器也具有良好的柔韧性和抗冻性能。
基于水凝胶的传感器中的动态配位键使其具有出色的自我修复性能。尤其是，夹层结构的水凝胶传感器在50％的应变下显示出39的非常高的应变系数（GF）值，这比大多数普通的基于水凝胶的应变传感器要高得多。5000个应变循环后的超稳定信号值和274 ms的非常短的响应时间保证了基于水凝胶的三明治传感器的长期可用性和灵敏度。更重要的是，基于水凝胶的三明治传感器可以在一系列实时监控实验中准确，即时地检测出大大小小的人体运动，显示出智能穿戴电子设备的巨大潜力。
2、图文导读
图1. （a）PVA / PAA水凝胶和（b）基于G-水凝胶-G的应变传感器。
图2 （a）不同水凝胶的FTIR光谱。（b）PAA溶液（0.2 wt％），FeCl 3溶液（0.001 mol L -1）和PAA-Fe 3+溶液（0.2 wt％PAA和0.001 mol L -1 FeCl 3）的紫外-可见光谱。（c和d）纯PAA水凝胶，PVA / PAA水凝胶和G-水凝胶-G应变传感器的拉伸性能：（c）应变曲线和（d）断裂伸长率和断裂强度的直方图。（e）PVA / PAA水凝胶中的交联网络。（f）PAA，PVA和PVA-4 / PAA-4水凝胶的XRD谱图。（g）原始石墨烯（1和2）和G-水凝胶-G应变传感器表面（3和4）的SEM图像。
图3. PVA / PAA水凝胶和G–水凝胶–G三明治传感器的自修复行为
图4 .不同的PVA / PAA水凝胶的抗冻性能。
图5. G-水凝胶-G三明治传感器的感测性能。
图6. G-水凝胶-G夹心应变传感器的结构和时电阻响应曲线的示意图。
3、小结
综上所述，构建了一种新型的G-水凝胶-G夹心应变传感器，该传感器具有超高的应变敏感性。G-水凝胶-G夹心应变传感器可以立即且准确地检测到大型和微小的运动，例如关节弯曲，说话，吞咽甚至呼吸。甘油的加入大大改善了水凝胶和夹心传感器的抗冻性，从而扩大了其应用潜力。金属离子的可逆配位（Fe 3+）的PAA中带有羧基，从而使水凝胶和三明治式传感器具有理想的自愈特性。总体而言，具有三明治结构的基于水凝胶的传感器在智能穿戴设备中显示出广阔的应用前景，并为灵敏性极高的应变传感器铺平了道路。
链接：https://doi.org/10.1039/D1TB00082A
文献：
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