【摘要】 离子水凝胶是制造可拉伸电子产品的有希望的候选者，但干燥和冷冻耐受性的不足严重限制了它们的应用。最近， 中山大学 吴进副教授 团队 报告了一种简便且通用的盐渗透策略，用于制造具有出色的冷冻和干燥耐受性、高导电性和抗膨胀能力的水凝胶，可在广泛的温度范围内进行灵敏的温度和应变检测。 团队发现溴化锂 (LiBr) 是各种盐中最有效的水凝胶干燥和冷冻抑制剂。即使在 -78.5 °C 或环境空气中，50 wt% 溴化锂渗透水凝胶仍保持超高拉伸性（625% 应变）和导电性一年。使用分子尺度上的密度泛函理论 (DFT) 模拟可以理解 LiBr 在抑制水凝胶干燥和冷冻方面的重要作用，揭示了稳定的 Li+-H2O 和 Br--H2O 簇的形成。发现 LiBr 的引入增强了温度和应变传感性能，例如稳定性和工作温度范围。 多功能透明传感器在循环应变传感中表现出高热灵敏度（2.54%/°C）、宽温度检测范围（-78.5 至 97°C）、低检测限（0.1% 应变）以及低滞后和基线漂移。由于水凝胶对广泛温度范围的高耐受性，即使在-20°C 下也能保持应变传感能力。使用基于水凝胶的表皮传感器实时监测各种生理信号，例如面部表情、单词发音和膝盖弯曲。相关论文以题为 Ultrastable, stretchable, highly conductive and transparent hydrogels enabled by salt-percolation for high-performance temperature and strain sensing 发表在《 Journal of Materials Chemistry C 》上。 【主图导读】 图 1 盐渗透过程和水凝胶表征。 (a)说明通过盐渗透制备抗冻和抗干燥水凝胶的示意图。(b) 50 wt% 溴化锂渗透水凝胶的光学图像。透过水凝胶清晰地观察到屏幕上＂可拉伸传感器＂的字样。(c)厚度为 1.5 mm 的 50 wt 溴化锂渗透水凝胶的透射光谱。(d) 说明电离的溴化锂和水分子之间相互作用的卡通片。溶解的 LiBr 的水合作用使许多水分子固定在 Li+ 和 Br- 周围，从而增强了抗干燥和抗冻能力。 图 2 盐渗透水凝胶的抗干燥特性。 (a) DN水凝胶在水和溴化锂水溶液中浸泡3小时前后的电导率。(b) DN 水凝胶在水、饱和氯化锂、饱和氯化镁以及 30 wt% 和 50 wt% LiBr 水溶液中浸泡一天后的溶胀比 (W/W0) 变化。(c) 上述水凝胶在 25°C、40% RH 下放置 22 天时的重量比变化。 (d) 上述水凝胶在 25°C 和 40% RH 下储存约 2 周时的相对电阻变化。 (e 和 f) 当暴露于 (e) 25 °C, 40% RH 和 (f) 70 °C, 90% RH 不同时间时，用不同 LiBr 浓度渗透的 LiBr 水凝胶的重量比变化。(g) 照片显示 10 个水凝胶切片经去离子水渗滤后的形态变化； 30wt%、35wt% MgCl2、30wt%和45wt% LiCl；当在 25 °C、40% RH 下储存 22 天时，分别为 30 wt%、40 wt%、50 wt% 和 60 wt% 的溴化锂(h) 照片显示 50 wt% LiBr 水凝胶在 (1) 0% 应变和 (2) 400% 应变下直接暴露于环境空气一年后。 图 3 盐渗透水凝胶的抗冻特性。 (a) 用不同水溶液（50 wt% LiBr、饱和 KCl、LiCl 和 MgCl2）渗透 22 小时的水凝胶的 DSC 光谱。(b 和 c) 水凝胶的 DSC 光谱用不同的溴化锂浓度渗透 22 小时 (b)，和 50 wt% 溴化锂溶液渗透不同时间 (c)。还记录了原始水凝胶的 DSC 光谱（a-c）以进行比较。(d) 使用 DSC 光谱实验构建溴化锂渗透水凝胶的相图。(e) 未冷冻、浆液和冷冻凝胶的照片，分别通过将 50 wt%、40 wt% 和 0 wt% 溴化锂水凝胶在 -78.5 °C 下储存 2 小时获得。(f) DN 水凝胶在浸入饱和 LiCl 和 30 wt% 和 50 wt% LiBr 水溶液之前和之后的冷冻和非冷冻水的比例。(g) 50 wt% LiBr 水凝胶在 (1) 0% 和 (2) 625% 应变下在 -78.5 °C 下储存 2 小时后的照片。 图 4 溴化锂渗透水凝胶中水分子与各种分子/离子结合的 DFT 分析 。H2O 分子在 PAM (a)、κ-角叉菜胶 (b) 和 PAM/κ-角叉菜胶 (c) 上的优化结合构型。(d 和 e) Li+–H2O 和 Br-–H2O 团簇的优化结构。还显示了相应的结合能和分子间距离。 图 5 溴化锂渗透水凝胶的温度传感特性。 (a)不同溴化锂浓度下水凝胶的电导率与温度曲线。(b) 不同溴化锂浓度下溴化锂渗透水凝胶的响应 (ΔG/G0%) 与温度曲线。(c) 热灵敏度与 LiBr 浓度的关系。(d) 不同溴化锂浓度水凝胶的活化能。(e) 响应时间与溴化锂浓度的关系。(f) 50 wt% LiBr 水凝胶对温度的响应。 图 6 溴化锂渗透水凝胶的应变传感特性。 (a)溴化锂渗透水凝胶在 0%（顶部）和 200% 拉伸应变（底部）下的照片。(b)相对电阻变化与应变的关系。(c–e) 在 -20 °C 下储存 1 天后对各种菌株的动态响应，包括 0.1–1% 的小菌株 (c)、2–6% 的菌株 (d) 和 20–180% 的菌株 (e)。（f 和 g）对 50% 应变重复加载和卸载 180 次循环的动态响应。(h) 应变传感器的滞后。 图 7 基于水凝胶的应变传感器的实际可穿戴应用。 对面部表情＂皱眉＂和＂开心＂（a）、＂香蕉＂和＂苹果＂的发音（b）和膝盖弯曲（c）的响应曲线。插图中的照片显示了连接到人体相应位置的传感器，这些位置用红色框标记。 【总结】 团队开发了一种简便且通用的盐渗透策略来制造用于温度和应变双重传感应用的抗干燥、抗冻、高导电、透明和抗膨胀的水凝胶。系统研究和讨论了盐类、浓度和浸泡时间对水凝胶导电性、抗膨胀性、抗脱水性和抗冻性的影响。在各种盐和浓度中，发现 50 wt% 溴化锂水溶液最有效地提高了水凝胶的干燥和冷冻耐受性。重要的是，通过 DFT 理论计算揭示了溴化锂渗透水凝胶的抗干燥和抗冻作用的潜在机制，揭示了稳定的 Li+-H2O 和 Br--H2O 簇的形成。此外，盐的渗透也提高了水凝胶的导电性和抗膨胀能力。这也是 首次将 LiBr 引入水凝胶以提高稳定性，使渗滤水凝胶即使在 -78.5 °C 下也能表现出极高的电导率（12 S m-1）、稳定性和拉伸性（高达 625% 应变）或环境空气长达一年。 重要的是，团队提出了基于具有高传感性能的溴化锂渗透水凝胶的温度和应变多功能传感器。该温度传感器具有高热灵敏度 (2.54%/°C)、宽温度检测范围 (-78.5 至 97°C) 和短响应时间 (53.6 s)。发现LiBr的浓度对灵敏度、响应速度和检测范围有很大影响。拉伸应变传感器还表现出令人满意的灵敏度 (GF = 5.25)、低 LOD (0.1% 应变) 和滞后、良好的重复性以及增强的稳定性和对弯曲和扭曲的不敏感性。受益于水凝胶显着的抗冻性，即使在-20°C 下也能保持应变传感能力，显示出较宽的工作温度范围。当作为可穿戴设备集成时，这些特性使应变传感器具有对各种生理信号（如面部表情、单词发音和膝盖弯曲）的实用感知能力。 参考文献： doi.org/10.1039/D1TC02506F 版权声明： 「 水凝胶 」旨在分享学习交流高分子聚合物胶体学等领域的研究进展。上述仅代表个人观点，详文请见链接查文献。投稿，荐稿或合作请后台留言。感谢各位关注！
夜晚如此闪耀！人造卫星过密带来光污染问题科幻网5月8日讯（王子钰）人造卫星是环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器，按照天体力学规律围绕地球运动。自从1957年10月苏联发射世界上第一颗人造卫星之后，各种种类繁多用途各异的木星的卫星真奇葩，太阳系的牛鬼蛇神，都集中在这儿了大家都知道，中国和外国给太阳系各种行星取名的方式存在着很大的差异。外国倾向于使用神话传说中神的名字，为此还闹了乌龙，你知道是怎么回事吗？原来，上世纪五十年代，他们认为金星浓密大气之宇宙多久开始坍缩？让暗能量为你答疑周一知古通今周二牧夫专栏周三视频天象周四观测指南周五深空探测周六茶余星话周日太空探索编译赵炜校对王婧彧刘海牧审阅王清山美编李鸣晨后台胡永葳李子琦李鸣晨原文链接httpsphys。o拉西拉ESO天文台上的天文望远镜仰望夜空在地球上最黑暗的地方之一远离任何人口中心或光污染的阿塔卡马沙漠是世界上最干燥的非极地沙漠，有一组望远镜每晚注视着天空，将它观察到的天体的详细信息发送给天文学家。这里是南半球忧心！帝企鹅面临灭绝风险近期，阿根廷的一项研究发现，帝企鹅正面临灭绝的严重风险，部分地区的种群可能在数十年内消失。央视财经第一时间栏目视频据介绍，帝企鹅依赖海冰生存，海冰稳定与否直接影响着帝企鹅的繁育，冰NASACAPSTONE任务月球户外的探路者一个小型的CubeSat约有微波炉那么大，重量只有55磅（25公斤），它将作为第一个航天器来测试一个独特的椭圆月球轨道以作为月球自主定位系统技术操作和导航实验（CAPSTONE）的哈勃帮助科学家发现了一颗超新星爆炸后幸存的伴星在巨大的超新星爆炸现场发现一颗幸存的恒星并不是闻所未闻的事情，而超新星爆炸预计会湮灭它周围的一切，但哈勃太空望远镜的最新研究为一种特定类型的恒星死亡提供了一条期待已久的线索。在一些SpaceX的火箭发射让一只太空水母在佛罗里达上空翱翔水母是佛罗里达州海岸的一个常见景象然而现在，人们却意外地从肯尼迪航天中心观看到了由最新火箭发射的一个独特水母景象。当地时间周五上午，SpaceX发射产生了一种被称为太空水母的视觉现智能成像，助力探索新型光学显微成像模式光与自然世界的关系是光学的永恒话题。一方面，不断发展的成像设备更加先进的处理方法帮助人类留住自然世界稍纵即逝的光影信息另一方面，多学科交叉融合拓展了光学研究的维度，为人类重现和理解幼生文明与远古文明如何共处？美国对中国的态度其实也可以试验出美国对于外星人的态度。以文明层级来看，真的能长远在宇宙航行的文明来说，它们看待其他星球可能是上帝视角。也就是说上帝耶稣孔子老子什么的价值观可能是宇宙参考系的概念及选取原则自然界充满了各种运动，如车轮在地面上的运动行星绕太阳的运动火车在铁轨上的运动。在质点概念确立以后，该如何描述物体的运动呢？当然要选择一个其他物体来参考了。而这个其他物体就是参考物。