【文献总结】2021.6.30-组内动态-仿生智能材料研究组  
【文献总结】2021.6.30
安雪 2021-6-30 6407

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  • 安雪 2021-6-30
    引用 2

    泊松比 =ε)定义了横向应变)与纵向应变)的负比。气凝胶材料的变形力学,特别是泊松比行为对应力应变分布、材料强度、动态响应和损伤容限至关重要材料的泊松比可以通过孔结构的模式设计来调整。如果材料的变形保持弹性,则泊松比完全由孔隙结构控制负泊松比材料在纵向压缩作用下,横向收缩形成双曲面结构,可以更好地用于防弹衣、减震器、包装材料等抗压痕性较高的防护对象。Zhang通过改进的水热方法和定向冷冻铸造工艺合成了具有有序双曲模式和分层蜂窝状微观结构支架的石墨烯材料。微结构中多层石墨烯胞壁的设计局部取向屈曲响应产生了巨大的宏观负泊松比(ν = -0.38,可通过调整可调结构孔隙度或有效容积密度调节泊松比大小。还通过扫描电镜原位观察纵向压缩过程中石墨烯材料的微观结构演变,研究了石墨烯材料的负泊松比和压缩应变映射机制。

     

    泊松比可调的组织工程支架能够更好地模拟自然组织的力学行为。Tang等以纤维素纳米纤维(CNF)和聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为原料,通过立体光刻(SLA)和冷冻干燥相结合的方法制备了具有多尺度孔结构的CNF/PEGDA气凝胶。制备的气凝胶具有规则的大孔网络结构和随机均匀的微孔分布。通过SLA可以定制支架的大孔结构,从而使支架呈现出三种不同的力学行为:正泊松比、负泊松比或零泊松比。然后通过冷冻干燥的方法将水凝胶支架转化为气凝胶支架,使其微孔分布均匀。调整材料配比和暴露量,获得孔隙结构清晰的支架。此外,对不同泊松比的CNF/PEGDA支架进行力学试验,测定其软骨诱导特性。

     

    Wu等制备了一种石墨烯海绵材料这些密度与空气相似的石墨烯海绵在可逆压缩到巨大应变时,其在各个方向上的泊松比都接近于零,且很大程度上不依赖于应变。同时,它们还起着焓橡胶的作用,在空气中可以恢复98%的压缩率,在液体中可以恢复90%的压缩率,工作温度在-196900之间。此外,这些海绵在数百个循环中提供可逆的液体吸收,然后在几秒钟内将其排出,同时仍然提供有效的接近零的泊松比

     

    负泊松比的结构由于其有趣的物理性质、众多有前途的应用以及在制造技术方面的进步而越来越受到关注。然而,制造具有定制的分层多孔结构和理想的物理/机械性能的三维(3D)聚合物辅助结构仍然具有挑战性。Cheng通过直接油墨书写和冷冻铸造与无毒的溶剂型油墨相结合,然后采用特殊的干燥技术,设计和制造了具有多尺度孔隙率的3D纳米纤维凯夫拉气凝胶结构。通过调整设计的图案支柱的空间排列,高度多孔的3D纳米纤维凯夫拉尔气凝胶泊松比可调范围广泛,-0.80.4

     

     

    [1] Xu X, Zhang Q Q, Yu Y, et al. Naturally Dried Graphene Aerogels with Superelasticity and Tunable Poisson's Ratio. Advanced Materials, 2016, 28(41):9223-9230.

    [2] Soman P, Lee J W, Phadke A, et al. Spatial tuning of negative and positive Poisson’s ratio in a multi-layer scaffold. Acta Biomater, 2012, 8:2587-2594.

    [3] Zhang Q, Xu X, Lin D, et al. Hyperbolically Patterned 3D Graphene Metamaterial with Negative Poisson's Ratio and Superelasticity. Advanced Materials, 2016, 28(11):2229-2237.

    [4] Tang A M, Ji J, Li J, et al. Nanocellulose/PEGDA Aerogels with Tunable Poisson's Ratio Fabricated by Stereolithography for Mouse Bone Marrow Mesenchymal Stem Cell Culture. Nanomaterials, 2021, 11(3):603.

    [5] Wu Y, Yi N, Huang L, et al. Three-dimensionally bonded spongy graphene material with super compressive elasticity and near-zero Poisson's ratio. Nature Communications, 2015, 6:6141.

    [6] Cheng Q,  Liu Y,  Jing L, et al. 3D printing-directed auxetic Kevlar aerogel architectures with multiple functionalization options. Journal of Materials Chemistry A, 2020, 8.


  • chengchaoyi 2021-6-30
    引用 3

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  • 龙立芬 2021-6-30
    引用 4

    Hetero-Dimensional 2D Ti3C2Tx MXene and 1D Graphene Nanoribbon Hybrids for Machine Learning-Assisted Pressure Sensors

    https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.1c02567

    迄今为止,已经有大量的研究工作致力于 MXene 在广泛领域的应用,包括储能、传感器,和执行器。MXene 已被证明可以有效提高压阻式压力传感器的灵敏度。MXene 的可压缩薄片-层压结构在外部压力下发生机械变形时可以引起相对较大的电阻率变化。因此,MXene 已成功用于检测人体运动,生物信号, 声波,人机交互等等。不幸的是,与石墨烯等单原子 2D 材料不同,典型 MXene 的多原子层状结构所产生的横向尺寸相对较小以及固有的脆性通常会导致机械变形下的开裂或分层,从而导致循环稳定性差和大电阻率调制中的滞后。

    在此,本文提出了异质元素掺杂剂诱导的Ti3C2Tx MXene 与氮掺杂石墨烯纳米带 (NGNR) 的杂交。GNR 具有具有丰富边缘的一维几何形状,对于高水平的N掺杂(~6.8 %)来说本质上是可取的。此外,其亲水性和平面几何形状可以调节与 2D MXene 平面的有利界面相互作用。吡啶氮掺杂位点在 NGNR 中。由此产生的一维/二维异维混合体用于具有明显低滞后(滞后程度:1.33%)和宽传感范围(3 Pa-100 kPa)的压阻式压力传感器。通过可扩展的解决方案工艺制造的大面积(650px×650px)压力传感器阵列(8×8)被集成到座垫中进行健康监测,其中利用机器学习算法对座椅位置进行高精度分类( > 95%)。

     



     

     

    Sign-to-speech translation using machine-learning-assisted stretchable sensor arrays

     

    https://www.nature.com/articles/s41928-020-0428-6

     

    基于肌电图、压阻效应、离子导电性和电容效应以及摄影和图像处理的手语翻译设备已经被开发出来。然而,这些技术的大规模生产和广泛使用受到许多问题的限制,包括它们的结构复杂性,需要高质量的制造材料,差的化学稳定性,不适合用于长期佩戴,易受外部环境干扰和繁琐在实际使用中。例如,基于视觉的手语翻译系统对照明有很高的要求。光线不足会影响摄像机捕捉到的手势动作的视觉质量,从而影响识别结果。同时,基于表面肌电图的手语翻译系统对磨损的传感器的位置有严格的要求,这会影响翻译的准确性和可靠性。基于这些技术的设备成本也很高,限制了它们的广泛使用。

    在本文中,我们报告了一种可穿戴的手语到语音翻译系统,用于将手语实时翻译成音频语音。模拟摩擦起电和静电感应8由手语组件生成的基于信号——包括手部配置和动作以及面部表情——被可穿戴的手语翻译系统转换为数字域,以实现手语到语音的翻译。我们的系统具有良好的机械和化学耐久性、高灵敏度、快速响应时间和出色的拉伸性。为了说明可穿戴手语翻译系统的能力,在机器学习算法的帮助下,共采集并成功分析了 660 个基于美国手语 (ASL) 的手语手势。系统识别率高达98.63%,识别时间短,小于1s

     


     

    Scalable Fabrication of Kevlar/Ti3C2Tx MXene Intelligent Wearable Fabrics with Multiple Sensory Capabilities

    https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c00749

    Kevlar 芳纶纳米纤维 (KANFs) 是最强的聚合物材料之一,也被称为 Kevlar,是一类由纳米级聚对苯二甲酰对苯二胺 (PPTA) 组成的一维有机纳米材料。Kevlar 通常用作增强填料以构建高性能复合材料。最近,已经提出了先进的功能和智能应用来构建源自商用 Kevlar 纱线的智能传感器。例如,具有机械鲁棒性的导电核壳芳纶纳米纤丝 (ANF) 被用于感测应变和湿度。涂有弹性橡胶和银纳米颗粒复合材料的导电凯夫拉纤维用作敏感的基于纺织品的压力传感器,以无线方式控制机器。ANFs/MXene 气凝胶用于检测具有实时反馈和高灵敏度的人体运动。然而,这些基于 Kevlar 光纤的传感器受限于低检测灵敏度和窄传感范围。低效率阻碍了可扩展的制造和真正的可穿戴应用。因此,在可扩展制造上开发低成本、易于制备和多功能的基于纤维的可穿戴设备显得尤为重要和紧迫。

    在此,本文报道了一种具有多种感官功能的基于智能织物的感官系统,该系统将 Kevlar 纳米纤维与 MXene 纳米片通过连续湿纺策略。几个基于 Kevlar/MXene 织物的电子设备(KM 传感系统)是通过特定的组装工艺制造的。这些感官系统具有出色的灵敏度、出色的阻燃性、超快响应(90 ms)、弹性(110 ms)、灵活的呼吸监测以及对多样化液体分子的精确识别能力。此外,该传感系统为基于国际莫尔斯电码原理的智能信息加密、传输和保存中的无线检测提供了一种温和的方式。这些出色的功能使它们成为下一代可穿戴织物电子产品的有希望的候选者。




     

     

     


  • chexinpeng 2021-6-30
    引用 5

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  • yushanyu 2021-6-30
    引用 6

       粘合剂是指能够将两种材料粘合在一起并抵抗其分离的任何物质。粘合剂在从航空航天工业到日常生活的各个领域都有广泛的应用。然而,湿条件下的粘接行为受到基材表面形成的水化膜的显著影响,水合膜起着弱边界层的作用,阻止了胶粘剂与基材的直接接触。此外,水分子可以通过氢键与粘合官能团相互作用,降低底物的表面能,从而减少粘合所需的相互作用。因此,水分往往会减弱或消除粘着效应1。许多工业和一般用途的粘合剂需要在潮湿和水下环境中发生粘合并保持不变。

    胶粘剂在潮湿条件下的局限性极大地限制了它们的应用范围。幸运的是,灵感可以从大自然中找到。例如,贻贝和沙堡蠕虫在动荡的水下环境中可以强烈地结合到珊瑚礁2。研究人员后来发现,在沙堡蠕虫分泌的黏附蛋白胶中,邻苯二酚基团也在黏附中发挥重要作用;正是贻贝和沙堡蠕虫黏附蛋白中的多种氨基酸和邻苯二酚部分之间的协同作用,才能在水下黏附。

    沙堡蠕虫可以分泌一种胶,在水下迅速粘附到沙子和石头上,形成保护壳。沙堡虫胶主要由六种粘附蛋白、硫酸化多糖和镁离子组成3。这六种黏附蛋白每种都含有至少10%的芳香氨基酸。芳香族氨基酸的主体成分是酪氨酸和二羟基苯丙氨酸(DOPA),其中DOPA在实现水下粘附方面起着重要作用4。这些成分储存在沙堡蠕虫粘液腺中,当沙堡虫胶分泌时,它的pH从弱酸性(pH≈5)到弱碱性(pH≈8.2)PH的升高和潜在的邻苯二酚氧化酶的水解活性逐渐将DOPA氧化,这有助于粘附蛋白的粘合,并使粘附蛋白的颜色从乳白色变为棕色。此外,海水中的各种金属离子(钙、铁、锰和锌离子)通过离子键合到阴离子蛋白质或与DOPA配位形成复合物与胶粘剂形成复合物,从而加速胶粘剂的固化。同时,不溶性复合物凝聚体的疏水性质使水合层的排水和粘合剂在基材表面的润湿,从而增加了粘合剂蛋白胶和基材之间的接触,最终通过DOPA和基材之间的多次相互作用实现了粘合 4。贻贝在水下的良好粘附性主要是由贻贝脚分泌的肌丝蛋白造成的。邻苯二酚氧化酶对DOPA的络合和氧化以及海洋的弱碱性环境增加了粘合剂的交联密度和粘结强度,而未反应的DOPA在水中通过各种相互作用粘附在基材上

    多巴在沙堡蠕虫和贻贝的粘附性蛋白胶的湿性粘附中起着关键作用。多巴不稳定,容易氧化成多巴醌。虽然DOPA的氧化通过形成高强度的不可逆共价键增加了与有机表面的粘附性,但它往往会极大地降低与无机表面的相互作用强度5。因此,控制DOPA的氧化程度以达到附着力和凝聚力之间的平衡是很重要。沙堡蠕虫和贻贝分别将DOPA与潜在的儿茶酚氧化酶一起储存在粘附腺和腹沟中,以保持DOPA的稳定,而粘附腺和腹沟的环境是弱酸性的。当周围环境的pH值从弱酸性变为弱碱性时,多巴只有在分泌后才被氧化,潜伏的邻苯二酚氧化酶被水解激活。贻贝和沙堆蠕虫的粘性蛋白胶中有许多非极性氨基酸,如甘氨酸,位于DOPA基团上。这些非极性氨基酸通过疏水相互作用或静电屏蔽来抑制DOPA的过氧化,提供粘附和凝聚力之间的平衡。

    实现水下粘合的另一个重要问题是基材表面的水合膜的排斥力,这起到了屏障的作用,防止了粘合蛋白胶和基材之间的亲密接触和粘合相互作用。沙堡蠕虫和贻贝的黏附蛋白胶表现出不同的破坏水合膜的机制。沙堡蠕虫胶含有一种疏水的复合凝聚体,它是由相反电荷的蛋白质之间的静电作用形成的,它可以排斥水合膜,使DOPA与底物接触并实现粘附6。另一方面,贻贝粘附蛋白在DOPA附近含有阳离子残基,可以穿透水合层,帮助DOPA实现粘附7



     

     

      [1] Liu Y , Meng H , Qian ZC , Fan N , Choi W , Zhao F , Lee BP . A moldable nanocom- posite hydrogel                  composed of a mussel-inspired polymer and a nanosilicate as a fit-to-shape tissue sealant. Angew Chem Int Ed 2017;56:1–6.

      [2] Stewart RJ , Wang CS , Song IT , Jones JP . The role of coacervation and phase transitions in the           sandcastle worm adhesive system. Adv Colloid Interface Sci 2017;239:88–96.

    [3] Hofman AH , Hees IA , Yang J , Kamperman M . Bioinspired underwater ad-hesives by using the                      supramolecular toolbox. Adv Mater 2018;30:1–38 170 46 40/.

    [4] Forooshani PK , Lee BP . Recent approaches in designing bioadhesive materials inspired by mussel                 adhesive protein. J Polym Sci Pol Chem 2017;55:9–33.

    [5] Lee H , Scherer NF , Messersmith PB . Single-molecule mechanics of mussel adhesion. Proc Natl Acad Sci       USA 2006;103:12999–3003.

    [6] Hwang DS , Zeng H , Srivastava A , Krogstad DV , Tirrell M , Israelachvili JN , Waite JH . Viscosity and             interfacial properties in a mussel-inspired adhesive coacervate. Soft Matter 2010;6:3232–6.

    [7] Maier GP , Rapp MV , Waite JH , Israelachvili JN , Butler A . Adaptive synergy between catechol and lysine       promotes wet adhesion by surface salt displacement. Science 2015;349:628–31.


    最后于 2021-7-1 被yushanyu编辑 ,原因:
  • 刘平 2021-7-1
    引用 7


    介绍了具有优异力学性能,同时具有损伤传感和自我修复能力的聚合物的研究进展。以铜催化叠氮化物炔环加成(CuAAc)为基础的三齿配体26-(123-三唑-4-)吡啶(BTP)和共价机械基团螺吡喃(SP)连接到聚合物主链上制备配体大分子。金属超分子膜与过渡金属盐或镧系金属盐配位后,自发形成软/硬相分离的金属超分子膜。由此产生的材料显示出罕见的强、韧和弹性机械性能的组合,并且能够通过改变光学属性来感知损伤。含Zn~(2+)材料在溶剂存在下可自愈合,完全恢复其力学性能。特别地,证明了共价SP机械团与非共价金属配体相互作用及其硬相的相互作用。

     

     

    我们已经展示了超分子相互作用和共价机械团的组合以及聚合物主干的仿生设计,以创造出具有卓越机械性能、自我修复性能和应力传感能力的罕见组合的材料。极限强度、断裂应变和材料韧性的显著提高可以归因于金属超分子相互作用,这种相互作用可以形成分子间的交联、分子内的环和相分离的结构。与温度相关和与应变无关的SAXS表明,刚性具有很好的热稳定性,但容易受到机械力的影响。金属超分子薄膜表现出应力敏感特性,这是由SP机械团的机械变色性决定的。金属:BTP络合物和硬质相对机械刺激比SP更敏感。此外,金属:BTP络合物的动力学对金属超分子膜的自愈行为起着至关重要的作用。我们在这项工作中开发机械响应性健康金属超分子聚合物的策略可以极大地帮助先进材料的设计和开发,这些材料结合了强大的、韧性的和弹性的机械性能,以及自愈合和多重机械响应能力,这对基础研究和工业应用都非常重要。

      

    螺吡喃基材料(SPBMs)可以对光、热、力或pH的刺激做出响应,这些刺激已经被用作许多智能材料的触发器。在这里,我们合成了一种含有介晶基团的可交联SPBM,它呈古色,无光致发光,以螺环(SP)形式存在,但呈深色,具有光致发光,以多花菁(MC)形式存在。此外,该形式在不同化学环境中的动态相互转化行为也是不同的。含有通过可见光交联的SPBMs的液晶聚合物(LCP)具有可光切换的玻璃化转变温度(Tg),并保持了可切换的性质;然而,通过紫外光交联的SPBMs将被锁定在MC状态,因为分子运动在低于LCPs给定Tg的室温下冻结。因此,基于可调谐Tg的可编程变色和光致发光可以被赋予由SPBMs制备的功能材料。

    我们成功地制备了一种具有颜色、光致发光和介晶性三重可切换效应的可交联螺吡喃类分子,其螺环和花菁在不同条件下的相互转化行为有明显的差异。基于这些特性,由这类功能分子制备的材料有可能被赋予可编程的颜色、荧光、电导率、极性、玻璃化温度、润湿性等可编程的刺激响应行为,具有许多潜在的应用前景。此外,偶氮苯和苯乙烯等衍生物也可以达到类似的功能,但它们在异构化后通常会通过扰乱分子秩序来降低而不是增加基质的玻璃化转变温度(Tg)。因此,这项工作提供了一种有效的方法来将分子排列从少有序态转变为多有序态,以增加基质的Tg,这通常比从多有序态到无序态的过程要困难。用SPBMs代替偶氮苯、苯乙烯等衍生物来获得已报道的功能性液晶弹性体将是很有意义的。

    [1] a) S. Saha, J. F. Stoddart, Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 77-92; b)

    Y. Zhao, Z. Xie, H. Gu, C. Zhu, Z. Gu, Chem. Soc. Rev. 2012,

    41, 3297-3317; c) D. A. Davis, A. Hamilton, J. Yang, L. D.

    Cremar, D. Van Gough, S. L. Potisek, M. T. Ong, P. V. Braun, T.

    J. Martinez, S. R. White, J. S. Moore, N. R. Sottos, Nature 2009,

    459, 68-72.

    [2] R. Klajn, Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 148-184.

    [3] V. I. Minkin, Chem. Rev. 2004, 104, 2751-2776.

    [4] a) A. Y. Bobrovsky, N. I. Boiko, V. P. Shibaev, Adv. Mater. 1999,

    11, 1025-1028; b) C. L. Fleming, S. Li, M. Grotli, J. Andreasson,

    J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 14069-14072; c) M. Q. Zhu, L.

    Zhu, J. J. Han, W. Wu, J. K. Hurst, A. D. Li, J. Am. Chem. Soc.

    2006, 128, 4303-4309; d) G. Petriashvili, M. P. De Santo, L.

    Devadze, T. Zurabishvili, N. Sepashvili, R. Gary, R. Barberi,

    Macromol. Rapid Commun. 2016, 37, 500-505; e) I. Cabrera, V.

    Krongauz, H. Ringsdorf, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2006, 155, 221-

    230; f) G. Petriashvili, L. Devadze, A. Chanishvili, C. Zurabishvili,

    N. Sepashvili, N. Ponjavidze, M. P. De Santo, R. Barberi, Opt.

    Mater. Express 2018, 8, 3708-3716; g) J. E. Stumpel, D. J. Broer,

    A. P. H. J. Schenning, Chem. Commun. 2014, 50, 15839-15848.


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