在最近发表在《碳水化合物聚合物》杂志上的一篇文章中，研究人员讨论了使用羧甲基纤维素辅助的聚苯胺和导电水凝胶开发自供电的高性能应变传感器。

背景

柔性超级电容器（SCs）具有快速充电、高功率密度和防火安全等显着优势，在可穿戴电子产品中显示出相当大的潜在应用。最近在水凝胶电极中制造导电聚合物或碳基化合物方面投入了大量工作。然而，纯的全导电聚合物和碳基水凝胶在拉伸时会变脆。

将导电填料与非导电和弹性水凝胶混合，形成创新的柔性电极，该电极在机械上是柔性的，但在电气上是柔性的。经过多次尝试，已经开发出具有优异电化学能力和机械强度的水凝胶电极，但仍然难以在一个电子设备中满足所有要求。

聚苯胺 (PANI) 具有低成本、惊人的灵活性、高电容和生物相容性等优点，在 SCs 中具有很大的潜力。已经采取了许多举措来为 PANI 创建生物聚合物模板，以增强凝胶系统中的分散性。羧甲基纤维素钠 (CMC) 是最便宜、最容易获得且对环境无害的多糖之一。

CMC可用于实现电化学增强和导电聚合物分散的双重目标。除了增加双网络 PEI/PAAM 水凝胶的粘附性和可拉伸性外，化学交联聚丙烯酰胺 (PAAM) 网络与超支化聚乙烯亚胺 (PEI) 大分子相结合还赋予许多电解质良好的溶解性。较少关注向该水凝胶支架添加导电纳米填料。

关于研究

在这项研究中，作者讨论了在 CMC 和高质量 PANI 的帮助下开发具有互穿双网络的 PEI/PAAM 水凝胶。全凝胶 CMC-PANI0.8M/PEI/PAAM 超级电容器在 14.69 mW/cm 2的功率密度下提供 58.82 μWh/cm 2的最大能量密度，679 mF/cm 2的高比电容，以及在 9.04 mg/cm 2的 PANI 的最佳质量负载下，5000 次循环后电容保持率提高了 98%. 所提出的小工具可以在 30 到 70°C 的极高温度下正常工作，并且可以承受严重的弯曲和压缩变形。对于可穿戴应变传感器，CMC-PANI0.8M/PEI/PAAM 水凝胶表现出良好的灵敏度和稳定的电气性能。构建的自供电传感装置可以通过耦合超级电容器和应变传感器来精确跟踪人类活动。CMC-PANI0.8M/PEI/PAAM水凝胶的多功能性能在柔性电子领域表现出色。

该团队通过使用适量的 CMC 作为软模板来聚合高浓度的聚苯胺。为了制造具有电子/离子双导电性的各种 CMC-PANI/PEI/PAAM 水凝胶，将制备的 CMC-PANI 复合材料与磷酸 (PA) 电解质一起添加到 PEI/PAAM 网络中。研究了制备的 PANI/PEI/PAAM 水凝胶和 CMC-PANI 复合材料的相互作用、结构和理化特性。为了在 PEI/PAAM 支架中产生致密、互连的导电网络并控制高质量 CMC-PANI 复合材料的分散，CMC 至关重要。

研究人员提出，水凝胶电极对 CMC-PANI 的高质量负载将增强其在柔性 SCs 中的循环稳定性和电容性能。由于电子和离子的双重传导，水凝胶薄膜可以作为可穿戴传感器配备有很好的耐用性和高灵敏度，以跟踪和区分人体运动。据预测，基于水凝胶 CMC-PANI/PEI/PAAM 的自供电传感系统将能够在不需要外部电源的情况下检测人类活动。

结论

总之，本研究阐明了由于离子/电子双传导的优势，CMC-PANI/PEI/PAAM 作为应变/压力传感器具有高灵敏度和快速响应来检测各种人类活动。灵活的 SC 和应变传感器被集成在一起，以创建一个超灵敏的自供电传感系统，该系统可以立即将不同的机械运动转换为电信号，而无需外部电源。