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光/电响应的石墨烯水凝胶!十三色变!

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石墨烯联盟 2021-06-13 00:40

许多生物物种的主动变色能力激发了科学家将光学特性复制到柔软的湿和组织状水凝胶材料中。然而,大多数报道的例子的变色过程受传统刺激(如pH、温度和离子)的控制,这可能会受到残留化学产物积累的影响,并且难以实现本地控制和集成到商用机器人中,特别是当用作仿生皮肤时。

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最近,中国科学院宁波材料技术与工程研究所路伟研究员和陈涛研究员科研团队受头足类动物皮肤颜色变化的神经(生物电)控制的启发,团队提出了一种具有不对称构型的电动多色荧光水凝胶系统,该系统通过发光涂料将热响应荧光水凝胶与堆叠石墨烯组件(SGA)基导电纸耦合在一起。中间层。由于在幅度和持续时间方面高度可控的电刺激,SGA 薄膜提供的焦耳热可以局部实时调节,从而在低电压下实现精确和局部的发射颜色控制。它还避免添加任何化学品。

此外,电动变色水凝胶系统可以作为仿生皮肤方便地集成到商业机器人中,帮助它们实现理想的伪装、显示或警报功能。相关论文以题为Promotion of Color-Changing Luminescent Hydrogels from Thermo to Electrical Responsiveness toward Biomimetic Skin Applications(促进变色发光水凝胶从热响应到电响应的仿生皮肤应用)发表在《ACS Nano》上。

图1. 电控荧光变色水凝胶-石墨烯系统的设计。(A) 具有动态警报功能的环礁水母卡通,启发了基于水凝胶的仿生颜色可调皮肤的设计。(B) 电控荧光变色水凝胶-石墨烯系统的结构示意图,该系统由荧光水凝胶层、发光涂料层、具有电热效应的导电纸层和柔性电极组成。(C) 示意图显示了系统的电热控制颜色可调过程。

图2. 电控荧光水凝胶-石墨烯系统的制备和表征。(A) 导电纸 SGA 薄膜侧的 SEM 图像。插图显示了相应的数码照片。(B) 具有不同 SGA 层(一到五层)的导电纸的电阻。(C) 在施加不同电压 300 秒后记录的这些导电纸的表面温度。(D) 这些导电纸的温度变化是 10 V 下通电时间的函数。(E) 器件的照片和横截面 SEM 图像。(F) 在不同施加电压的开-关时记录的器件随时间变化的温度曲线。(G) 施加和移除 10 V 电压时在不同时间间隔拍摄的器件的 IR 图像和相应照片。(H) 10 V 电压下不同通电时间的水凝胶-石墨烯系统表面温度分布的有限元模拟。

图3. 荧光水凝胶层和夜光涂料层的重叠颜色。

图4. 电控荧光变色过程的研究。

图5. 图案显示和局部控制研究。

图6. 作为仿生皮肤的应用,帮助商用机器人实现伪装和显示功能。

图7. 作为仿生皮肤的应用,帮助人工环礁水母实现动态报警功能。

参考文献:

doi.org/10.1021/acsnano.1c02720

文章来源:水凝胶

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