| 杜琳,胡建全,王艺达,刘玉新.聚乙烯醇/纤维素纳米纤维-膨润土低共熔凝胶的构筑及其在应变传感器中的应用[J].中国造纸学报,2025,40(3):45-54 |
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| 聚乙烯醇/纤维素纳米纤维-膨润土低共熔凝胶的构筑及其在应变传感器中的应用 |
| Construction of Bentonite-reinforced Polyvinyl Alcohol/Nanocellulose Deep Eutectic Gel and Its Application in Strain Sensors |
| 投稿时间：2025-03-23 修订日期：2025-04-08 |
| DOI：10.11981/j.issn.1000-6842.2025.03.45 |
| 中文关键词: 低共熔溶剂 纤维素纳米纤维 应变传感器 人体运动监测 |
| Key Words:deep eutectic solvents cellulose nanofiber strain sensor human motion monitoring |
| 基金项目:国家自然科学基金（22068017，22468028）；云南省教育厅可降解塑料工程研究中心（KKPU202205001）；云南省基础研究项目（202301BE070001-034，202401AU070141）。 |
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| 中文摘要: |
| 以低共熔溶剂（DES）为抗冻介质，基于聚合物氢键网络，以及锌离子与聚乙烯醇/纤维素纳米纤维-膨润土（PVA/CNF-BT）凝胶基体间的配位作用，成功构建了兼具高机械强度和良好抗冻性的PVA/CNF-BT低共熔凝胶（DEG）。结果表明，当PVA添加量为10%（相对于DES质量）、BT纳米片和CNF添加量（均相对于PVA质量）分别为0.6%和20%时，该凝胶材料的拉伸强度和断裂伸长率分别达3.35 MPa和832%，在室温和-38 ℃极端温度下的离子电导率分别为0.24 mS/cm和0.23 mS/cm，展现出优异的抗冻性和低温导电性。此外，由PVA/CNF-BT DEG组装所得的DEG基应变传感器具备宽应变响应范围（0~1 000%）、高灵敏度（灵敏度系数可达3.36）及300次应变循环耐久性，在应用于食指、手腕、手肘等人体部位的运动监测时具有优异的传感性能。 |
| Abstract: |
| Using a deep eutectic solvent （DES） as the antifreeze medium， based on the polymer hydrogen bond network， and coordination interection between zinc ions and the polyvinyl alcohol/cellulose nanofiber-bentonite （PVA/CNF-BT） gel matrix， a PVA/CNF-BT DES gel with both high mechanical strength and excellent freeze resistance was successfully constructed. The results showed that when the PVA addition amount was 10% （mass fraction relative to DES）， and the addition amounts of BT nanosheets and CNF （both mass fractions relative to PVA） were 0.6% and 20%， respectively， the tensile strength and break elongation rate of the gel material reached 3.35 MPa and 832%. Its ionic conductivity at room temperature and the extreme temperature of -38 ℃ was 0.24 and 0.23 mS/cm， respectively， demonstrating outstanding freeze resistance and low-temperature conductivity. Furthermore， the DEG-based strain sensor integrated from the PVA/CNF-BT DEG possessed a wide strain response range （0~1 000%）， high sensitivity （gauge factor could reach 3.36）， and durability over 300 strain cycles. When applied to monitor motion in human body parts such as the index finger， wrist， and elbow， the DES-based strain sensor exhibited excellent sensing performance. |
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