在《华尔街日报》最近发表的一篇文章碳水化合物聚合物,研究人员讨论了源源不断的发展,高性能的应变传感器利用羧甲基cellulose-assisted聚苯胺导电水凝胶。
研究:羧甲基纤维素辅助聚苯胺导电水凝胶的高性能自供电的应变传感器。图片来源:Rattiya Thongdumhyu / Shutterstock.com
背景
柔性超级电容器(SCs),快速充电的巨大优势,高功率密度,和消防安全,展示了相当大的潜在的应用在可穿戴电子产品。重要的工作最近把创建导电聚合物和碳基化合物在水凝胶电极。然而纯所有导电聚合物和碳基水凝胶,在拉伸时体验脆化。
导电填料混合绝缘和弹性水凝胶形成创新灵活的电极,灵活的机械但没有电。水凝胶电极具有优良的电化学性能和机械强度通过几次了,但它仍然是难以实现在一个电子设备的所有要求。
好处包括低成本、惊人的灵活性,高电容、和生物相容性,聚苯胺(PANI)持有很多SCs潜力。许多措施已经创建为合成生物聚合物模板,以提高可分散性凝胶系统。羧甲基纤维素钠(CMC)是一种最便宜,方便,环保多糖。
中央军委可以用来实现电化学强化和导电聚合物分散的双重目标。除了增加double-network裴/ PAAM的粘聚性、拉伸性水凝胶,化学交联聚丙烯酰胺(PAAM)网络结合分析聚乙烯亚胺(PEI)大分子也赋予许多电解质溶解性好。更少的重点都是放在添加导电nanofillers水凝胶支架。
关于这项研究
在这项研究中,作者讨论了裴/ PAAM的发展与互穿双水凝胶网络的帮助下CMC和高质量聚苯胺。的all-in-gel CMC-PANI0.8M / PEI / PAAM超级电容器提供的最大能量密度58.82μWh /厘米2功率密度的14.69 mW /厘米2679年,高的比电容mF /厘米2和增强电容后保留98%的5000周期的最佳质量负载PANI在9.04毫克/厘米2。拟议中的小工具功能可能在极高的温度下30至70°C和生存严重弯曲和压缩变形。可穿戴式应变传感器,CMC-PANI0.8M / PEI / PAAM水凝胶具有良好的灵敏度和稳定的电气性能。所构造的自供电的传感设备可以精确地跟踪人类活动通过耦合电容器和应变传感器。CMC-PANI0.8M / PEI / PAAM水凝胶的多功能性能领域的熟练灵活的电子产品。
团队聚合聚苯胺在高浓度使用适度的CMC作为软模板。创建不同CMC-PANI / PEI / PAAM水凝胶与电子/离子dual-conduction,预先埋设的CMC-PANI复合材料添加到裴/ PAAM网络与磷酸(PA)电解质。的相互作用、结构和理化特性的聚苯胺/ PEI / PAAM水凝胶和产生CMC-PANI复合材料。生产密集,相互连接的导电网络在裴/ PAAM支架和控制高质量CMC-PANI复合材料的分散,CMC是至关重要的。
研究人员提出,水凝胶电极的高质量负载CMC-PANI会增强其循环稳定性和灵活的SCs电容性能。水凝胶膜可以配备伟大的耐用性和高灵敏度可穿戴传感器跟踪和人类运动由于电子和离子dual-conduction区分。这是预言自供电的传感系统基于水凝胶CMC-PANI / PEI / PAAM能够探测到人类活动而不需要外部电源。
观察
普通颗粒直径大约300海里CMC-PANI0.3M复杂在场,和一些额外的maize-like纳米尺寸的直径300纳米左右和600 - 800 nm长CMC-PANI0.6M在场,CMC-PANI0.8M复杂。的平均大小CMC-PANI复合物从295±50 nm提高到825±200海里,根据动态光散射。的转变- h乐队在3150 - 3350厘米1和-CONH2乐队在1650厘米左右1表明,CMC-PANI氢键与裴/ PAAM网络创建的。的重量比氮CMC-PANI0.3M CMC-PANI0.8M, CMC-PANI0.6M为9.21 wt %, 10.20 wt %,和10.09 wt %,分别根据元素分析。
PANI的区域加载被报道是4.21,9.04和6.88毫克/厘米2分别在薄薄的CMC-PANI0.3M / PEI / PAAM CMC-PANI0.8M / PEI / PAAM, CMC-PANI0.6M / PEI / PAAM,电极。而断裂伸长率的CMC-PANI / PEI / PAAM水凝胶从400%上升到740%,合成的质量增加,拉伸应力减少到大约20 kPa。CMC-PANI / PEI / PAAM水凝胶能够承受的温度低至-40°C没有冻结,而水凝胶缺乏PA显示广泛的吸热峰大约-0.8°C。
在电流密度范围从0.5到5.0 mA /厘米2,三个SCs的恒电流充电/放电曲线显示良好的等腰三角形。的电流密度0.5 mA /厘米2,CMC-PANI0.8M / PEI / PAAM SC显示最高的区域比电容679 mF /厘米2。少量的CMC帮助建立密集,高质量CMC-PANI分散纳米复合材料和互连导电网络在裴/ PAAM支架。各种导电CMC-PANI / PEI / PAAM水凝胶显示出优秀的防冻能力和伟大的可恢复性,拉伸性和导电性。
灵活的SCs基于CMC-PANI0.8M / PEI / PAAM水凝胶电极提供了一个特殊区域的能量密度58.82μWh /厘米2在一个特殊区域功率密度14.69 mW /厘米25000次后,特殊的电容保留98%。这对应于一个优化areal-specific电容高达679 mF /厘米2。这些小玩意可以函数成功地在一个温度范围从-30°C到70°C。
结论
总之,该研究阐明,CMC-PANI / PEI / PAAM高灵敏度和快速反应作为应变/压力传感器来检测不同人类活动由于离子/电子双重传导的好处。灵活的SCs和应变传感器集成创建一个超灵敏的自供电的传感系统,可以立即将不同的机械运动转换成电子信号,而不需要外部电源。
作者提到的开发可穿戴电子设备可以通过大量辅助CMC-PANI在使用CMC模板创建灵活的水凝胶电极。
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引用
李,Y。锣,Q。,汉族,L。等。羧甲基纤维素辅助聚苯胺导电水凝胶的高性能自供电的应变传感器。碳水化合物的聚合物,120060 (2022)。https://www.欧洲杯线上买球sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861722009651
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