上海工程技术大学利用高分子复合材料构筑智能传感器

近日，上海工程技术大学化学化工学院宋仕强博士在智能高分子复合材料领域取得重要研究进展，相关工作分别发表于材料及能源化学领域顶级期刊《Journal of Materials Chemistry A》(中科院SCI分区工程技术大类一区TOP期刊，IF=11.301)和国际知名传感器类期刊《Sensors and Actuators: B. Chemical》(中科院SCI分区工程技术大类一区TOP期刊，IF=7.1)。宋仕强博士为上述论文的第一作者。

具有智能、柔性、仿生等特点的智能高分子材料己成为当代科学发展的热点方向。近年来，宋仕强博士一直致力于新型智能高分子材料的设计、制备以及应用。

发表于《Journal of Materials Chemistry A》上的论文题为“A Self-Healable, Stretchable, Tear-resistant and Sticky Elastomer Enabled by Facile Polymer Blends Strategy” (DOI: 10.1039/D0TA11497A)。文章提出了一种简便快速的方法制备新型自愈合、可拉伸、抗撕裂和粘接性的弹性体材料，在检测人体运动等可穿戴设备领域具有潜在应用价值，为可穿戴材料的设计制备提供了重要思路。

论文综合了高分子弹性体的高延展性、机械强度、良好的抗撕裂性、自愈性和粘接性等性能是具有挑战性的。采用溴丁基橡胶(BIIR)和萜烯树脂(p - α p)简单有效的混合方法，制备了一种具有良好力学性能、良好愈合性、良好抗撕裂性能和粘结性能的新型聚合物弹性体。得益于强劲的共价交联之间的BIIR和Pαp以及高度缠结的BIIR网络,消散的能量进一步加强拉伸性和提高拓扑附着力,弹性体混合可以实现高延性(应变～1720%),机械强度高(11.5 MPa的拉应力)、附着力好各种基质(35 kPa)的粘附强度,良好的抗撕裂性能(撕裂能为2300 J m?2)和室温下的自愈合性能。在此基础上，制备了一种基于弹性弹性体和单壁碳纳米管的应变传感器。

发表于《Sensors and Actuators: B. Chemical》上的论文题为“High-performance nacre-like graphene@polymer supported montmorillonite composite actuator and sensor”(DOI: 10.1016/j.snb.2021.129446)。在基于石墨烯优异的力学以及光热转化性能的基础上，通过纳米层间结构设计构筑一种高强度、高导热和耐高温的新型制动器和传感器，在火灾预警和模拟人手进行智能抓取等方面具有重要应

在本研究中，论文报道了一种基于还原氧化石墨烯(rGO)、羧基丙烯腈-丁二烯橡胶(XNBR)和蒙脱土(MMT)双层结构的新型双响应驱动器。rGO和XNBR之间的内在相互作用以及“机械退火”工艺使rGO@XNBR/MMT执行器通过模仿天然的nacres砖砂浆结构并改善石墨烯纳米片的规则性，具有卓越的抗拉强度(149.8 MPa)和韧性(约4.88 MJ/m3)。受益于temperature-passive / humidity-active MMT层的协同效应和temperature-active / humidity-passive rGO@XNBR层,致动器显示了良好的驱动性能,如优良的耐久性(> 10000),可逆和大变形(180°),快速响应(< 2 s)。此外,致动器也进行可控的导电性和优秀的保温性能,进一步扩大其潜在的应用,如火焰检测/传感器和保护罩。

论文要点：1、研制了一种基于rGO@XNBR/MMT的双响应驱动器;2、该驱动器具有良好的力学性能，为实际应用提供了重要保证;3、执行机构具有良好的耐久性，对湿度/温度的快速响应;4、讨论了火灾探测和报警传感器的应用。