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一种用于多功能传感的类皮肤导电纤维

2023-09-27

近年来，柔性电子设备的发展趋势之一是可穿戴集成，尤其是其灵活性、舒适性和透气性备受关注。其中，纤维型电子器件因具有高柔韧性、重量轻、可编织等优点而受到研究者的广泛关注。然而，现存的纤维型电子器件制备仍存在一些限制，比如在长期使用过程中容易受到外部环境的影响而导致设备故障的概率增加。
基于此，北京科技大学研究团队开发出一种基于丝素蛋白的可拉伸、可降解且具有可修复性和抗冻性的MXene/丝素纳米复合导电纤维，该导电纤维可组装为湿度传感器和应变传感器，用于人体的健康监测时展示出了较好的应用前景。
一种用于多功能传感的类皮肤导电纤维 (https://ic.work/) 智能设备 第1张
研究人员发现，Ca@MSNFs的性能与CaCl2和MXene的含量及环境湿度密切相关。当湿度较大时，由于Ca2+具有较强的吸水作用，Ca@MSNFs可以从空气中吸收水分子，从而影响丝素蛋白的结晶度和二级结构，赋予其可拉伸性。X射线衍射和傅立叶变换红外光谱测试结果均表明，引入Ca2+后，丝素蛋白的β-折叠结构减少，无规线圈结构增加。
一种用于多功能传感的类皮肤导电纤维 (https://ic.work/) 智能设备 第2张
其次，由于Ca@MSNFs中丝素、MXene、Ca2+和H2O之间存在多种动态相互作用，使得Ca@MSNFs表现出良好的可修复特性。此外，Ca2+的强水合作用阻碍了水分子之间的定向排列，从而降低了Ca@MSNFs中水的冰点，使导电纤维具有抗冻性。最后，研究人员进一步探究了Ca@MSNFs的降解性能，结果表明，将导电纤维浸泡在木瓜蛋白酶溶液中，纤维会逐渐降解，不会对环境造成污染和破坏。
一种用于多功能传感的类皮肤导电纤维 (https://ic.work/) 智能设备 第3张
该研究基于吸湿盐塑化丝素蛋白的策略开发出可拉伸、可降解且具有可修复性和抗冻性的纤维型传感器，为开发更多可用于医疗保健的先进功能材料提供了新思路。相关成果以“Hygroscopic MXene/Protein Nanocomposite Fibers Enabling Highly Stretchable, Antifreezing, Repairable, and Degradable Skin-Like Wearable Electronics“为题发表于《ACS Materials Letters》上。

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