多功能柔性传感器在仿生机器人、健康监护、智能假肢以及人机交互等领域具有广阔的应用前景。然而,现有的多数柔性传感器往往对多种环境变化信号具有交叉敏感性。这使得它们只能在严格控制环境条件的实验室中发挥作用,而难以在实际的日用情境中提取出真正需要的信号。实现复杂信号的解耦合,提升柔性传感器对多种环境变化信号的分辨能力已经成为了当前推动柔性电子设备走出实验室亟需解决的问题之一。
在诸多信号耦合间,温度波动与机械形变的信号耦合是最普遍也是最难以避免的。对此,本研究工作创造性地将热致变色效应和相变引入到凝胶传感器中,开发了一种对应变刺激不敏感的高灵敏温度传感器,并且该传感器通过简单的校正处理后还可以实现同步的应变检测。该温度/应变双模传感器在温度检测方面展示了宽广的工作范围(~65 ℃)、超高的灵敏度(10.13 %/℃),在低形变情景下也展示了优异的应变系数。在此基础之上,进一步通过SAXS和2Dcos IR等手段对该传感器的温度传感机制进行了细致的研究,揭示了该传感器温度检测过程与水凝胶相变过程中椭球相域和核壳相域转变的密切联系,以及该相变过程中凝胶内部LCST聚合物与UCST聚合物之间、聚合物与水之间弱相互作用力随温度的变化规律。该成果以 “Thermochromic-based bimodal sensor for strain-insensitive temperature sensing and synchronous strain sensing” 为题在化学工程和环境工程领域TOP期刊Chem. Eng. J.(IF=15.1)发表。该工作由高新培教授团队与山东大学郑利强教授课题组合作完成,双方合作培养博士生谢丰金为论文第一作者,高新培教授为论文第一通讯作者。
该项工作得到了国家自然科学基金(22272090, 22262011, 22102090)、永利集团科研启动基金(KYQD(ZR)-21127,KYQD(ZR)-22047)的资金资助。
文章链接: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144504