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兰州大学吕少瑜教授 AFM：用于低温传感的阻尼超分子弹性体

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2025-02-25 12:03

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柔性传感器在可穿戴医疗设备、软机器人等领域展现出广阔应用前景，但传统凝胶基传感器因溶剂挥发、冻结和泄露等问题，容易导致离子界面变化，影响信号输出的准确性。同时，环境振动的干扰也会导致传感器的输出信号产生不规则的噪声，进一步降低传感器的性能。为解决这些挑战， 兰州大学吕少瑜教授课题组 创新性地设计了一种阻尼超分子弹性体，通过微相分离诱导分子间相互作用增强，结合聚合物链的内部摩擦机制，有效耗散能量来消除环境振动的干扰，实现了稳定的低温传感。

图 1. 阻尼超分子弹性体的设计和稳定传感机理示意图

该弹性体由无溶剂离子链段（丙烯酸 / 氯化胆碱， AA/ChCl ）和中性链段（ 2,2,3,4,4,4- 六氟丙烯酸丁酯， HFBA ）共聚而成。无溶剂离子链段不仅能够高效传输电荷，还可防止低温下的冻结和离子泄漏，而 HFBA 链段通过聚合物链的内部摩擦机制，有效抑制了环境振动对信号传输的干扰。同时，通过引入 HFBA 诱导弹性体形成微相分离结构，该结构增强了聚合物分子间的相互作用，实现了能量的高效耗散，从而显著提升了信号的稳定性。此外，动态分子间相互作用赋予了弹性体在低温条件下优异的拉伸性能、粘附性、自愈性和离子导电性，为低温传感提供了坚实的基础。

基于该超分子弹性体，课题组成功制备了无线温度传感系统，在低温环境下实现了准确、稳定、灵敏的实时温度检测。值得一提的是，该传感器在 -20 °C 至 -15 °C 范围内表现出 8.87% °C⁻¹ 的温度灵敏度系数，比大多数柔性传感器高 3 至 5 倍。这一突破性进展不仅为冷链运输中的高精度温度监测提供了新的技术方案，也为柔性传感器在其他领域的应用开辟了新的可能性。

图 2 . 基于超分子弹性体的无线温度传感系统，在低温环境下实现了准确、稳定、灵敏的实时温度检测

相关成果近期以 “ Damping Supramolecular Elastomer for Steady Hypothermic Sensing ” 为题发表在 Advanced Functional Materials 上。兰州大学博士研究生马松为本文的第一作者，兰州大学 吕少瑜 教授为文章的通讯作者，该工作得到了国家自然科学基金、甘肃省重点研发计划、甘肃省自然科学基金、甘肃省研究生“创新之星”项目以及中央高校基本科研业务费的支持。

原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202424996