南大趙遠錦教授團隊CEJ:雙響應石墨烯雜化變色水凝膠,作為可視化電子皮膚

一、文章概述

刺激響應材料一直在爆炸性發展，其功能是與多信號集成以響應外部環境變化。本文提出了一種新型的雙響應石墨烯雜化結構彩色膜作為電子皮膚。通過將導電性還原氧化石墨烯（rGO）-聚（N-異丙基丙烯醯胺）（PNIPAM）填料添加到聚（乙二醇）二丙烯酸酯（PEGDA）反蛋白石結構（反蛋白石結構(inverse opal)代表了一大類可望實現完全光子帶隙的結構，這種結構只要填充材料的折射率跟周邊的介質(例如空氣)的比值達到一定的數值時，其周期對稱的結構將出現完全光子帶隙。）中來製作薄膜。（1）反蛋白石結構使該膜具有出色的結構顏色，並且添加rGO使該雜化膜具有出色的導電性。由於PNIPAM聚合物的溫度響應可調節性，所得膜能夠在溫度刺激下改變體積或內部納米結構。（2）此外，得益於rGO的非凡的近紅外（NIR）光熱轉換特性，可以引入具有光敏特性的這種具有溫度敏感聚合物成分的雜化膜。基於這些特徵，當響應溫度和NIR刺激時，混合膜不僅可以反饋電信號，而且還可以在視覺上呈現出顏色變化。此外，已經探索了混合膜在電熱轉化中的價值。結果表明，混合導電結構彩色膜在柔性電子領域具有廣闊的應用前景。

二、圖文導讀

圖1.可視化皮膚的雙響應石墨烯雜化結構彩色水凝膠的示意圖。

圖2.混合水凝膠膜的溫度響應，顏色感測和電導性能。

（a）隨著溫度的升高，混合結構彩色膜的結構顏色變化的照片。

（b）反射波長和溫度之間的關係。

（c）相對電阻隨溫度的升高而變化。

圖3.具有複雜圖案的雜化水凝膠薄膜作為智能動態防偽標籤。

（a）具有複雜圖案作為防偽標籤的雜化水凝膠薄膜的示意圖。

（b-d）具有複雜圖案的雜化水凝膠薄膜的照片，包括（b）四葉三葉草；（c）CN；（d）SEU。

圖4.雜化水凝膠薄膜的電熱轉化。

（a）混合水凝膠膜的照片，輸入電壓為30V，輸入電流為0.02A。

（b）混合水凝膠膜的溫度與輸入電壓和輸入時間之間的關係。

（c）反射率波長隨電壓的變化。

圖5.應用於電氣皮膚的混合水凝膠薄膜。

（a）（i）附著在拇指上的混合水凝膠薄膜的圖像。（ii）混合水凝膠膜的拇指圖像在溫度為50℃的水下接觸玻璃瓶。（iii）在50℃的溫度下用水接觸玻璃瓶後，帶有混合水凝膠膜的拇指圖像。

（b）（i）附著在手腕上的混合水凝膠膜的圖像。（ii）用混合水凝膠膜照射在手腕上的近紅外光圖像。（iii）在近紅外光照射下具有混合水凝膠膜的手腕的圖像。

（c-d）反覆（c）接觸熱水3s，（d）開啟NIR 3s後，雜化水凝膠膜的實時電阻變化。

三、論文信息

Dual-responsive graphene hybrid structural color hydrogels as visually electrical skins

Chemical Engineering Journal (IF=10.652)

Pub Date : 2021-02-17

DOI: 10.1016/j.cej.2021.128978

Yu Wang; Jiahui Guo; Lingyu Sun; Hanxu Chen; Yuanjin Zhao*

Department of Burns & Plastic Surgery, Institute of Translational Medicine, The Affiliated Drum Tower Hospital of Nanjing University Medical School, Nanjing 210008, China