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水凝膠具有良好的柔韌性和可修飾性，是一種很有前途的電子皮膚材料。報導的水凝膠電子皮膚可以識別刺激信號和輸出信號，但輸出信號單一和外部電源的要求限制了其進一步應用。本研究受神經元系統的啟發，以明膠、水/甘油和離子液體修飾的金屬有機框架(MOFs)為基礎，製備了自供電的類神經元系統水凝膠。優化後的水凝膠具有優異的附著力(40 kPa)、拉伸性(0% ~ 100%)、保水性(0%相對濕度(RH)環境下>92%)、離子電導率(>10 ~ 3 S m−1)和穩定性(>30天)。此外，類神經元系統水凝膠對壓力(0-10 N)和濕度(0%-75% RH)高度敏感，具有雙模態輸出，無需外部電源。最後，將優化後的水凝膠離子皮膚應用於人體運動檢測、能量收集和低濕傳感。本研究為多種應用場景下的自供電離子皮膚提供了初步探索。

圖文簡介

a) IL-MOF和b)具有神經元樣結構的IL-MOF基水凝膠的製備示意圖

a) UiO-66-NH2-COOH和UiO-66-IL-COOH (2θ:5°-50°)，b) GGH和ggmh (2θ:5°-10°)的XRD譜圖。c) UiO-66-NH2-COOH和UiO-66-IL-COOH的FT-IR圖譜(波數:2500-400 cm−1)。d) UiO-66-NH2-COOH, e) UiO-66-IL-COOH, f) GGH和g) GGMH-10的SEM圖像。

GGMH-10在a)玻璃，b)聚合物和c)皮膚上的粘附性能照片。d)−20℃儲存6小時後GGMH-10的彎曲性能。e)第1天，f)第7天，g)第15天，h)第23天，i)第30天(25℃，≈65% RH) GGMH-10的照片。j)水凝膠的粘附強度。水凝膠在k)環境(25°C，≈65% RH) 25天和l) 0% RH 7天的重量變化。m) GGMH-10在不同拉伸應變(0% ~ 100%)下的電阻變化曲線。

a)水凝膠受壓原理圖及測試迴路(箭頭表示離子遷移速率)。b)水凝膠在不同壓力(0 ~ 10 N)下的電壓響應。c) GGMH-10對不同壓力響應的擬合曲線。d) 90s內不同壓力下GGMH-10的響應曲線e) 7 N壓力下GGMH-10的循環曲線和f) 7 N壓力下GGMH-10的響應/恢復時間g)環境(25°C，≈65% RH)下7 N壓力下GGMH-10的長期耐久性試驗(10天)。

a)含銅襯底的水凝膠基HPG原理圖及測試電路。b)不同HPGs的輸出電壓值(黑色)和基於GGMH-10的HPGs與不同襯底的輸出電壓值(紅色)(≈75% RH)。c)基於GGMH-10的HPG極性測試。d)基於GGMH-10的HPG 120天輸出電壓。e)基於GGMH-10的HPG在不同相對濕度(0% ~ 75% RH)下的輸出電壓曲線。f)報告高壓高壓裝置的輸出電壓與工作濕度的關係。g)基於hpg的GGMHs機理示意圖。

a)基於GGH和ggmh的濕度傳感器在低濕度(0% ~ 23% RH)時的阻抗值。b)基於GGMH-5的傳感器濕度滯回曲線。c)響應與恢復曲線;d)基於GGMH-5的傳感器的長期穩定性。

沙漠中不同濕度環境的示意圖:a) 0% RH, b) 11% RH, c) 23% RH，LED燈在d) 0% RH、e) 11% RH、f) 23% RH不同濕度環境下的亮度變化。

論文信息

原文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202300239

通訊作者：吉林大學 張彤/費騰

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收錄於合集 #凝膠

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