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大自然的神奇杰作值得科學(xué)家們用一輩子的時間來研究，這些神工鬼斧一般的精巧結(jié)構(gòu)，往往是我們的靈感來源。木材是我們生活中最普通，最常見的材料之一，令人意外的是，這種材料竟然也能用來制作傳感器。

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最近，浙江農(nóng)林大學(xué)孫慶豐與沈曉萍等人的研究發(fā)現(xiàn)，在水凝膠的合成中，利用脫木素后木材天然的纖維素排列結(jié)構(gòu)，往往能起到增強(qiáng)力學(xué)性能的效果，并且這種木質(zhì)基水凝膠還擁有木材的各向異性。再通過引入離子導(dǎo)電聚電解質(zhì)，對于柔性電容式傳感器(CPS)而言，這種復(fù)合材料便能夠同時充當(dāng)其隔膜和聚電解質(zhì)，在人機(jī)界面等方面有很大的應(yīng)用潛力。

多種化學(xué)鍵加強(qiáng)結(jié)構(gòu)：

以聚丙烯酸(PAA)水凝膠為例，木材纖維素和水凝膠之間主要是通過氫鍵作用相互連接。PAA前驅(qū)溶液滲透到脫木素后木材的豐富孔道中，相互形成很強(qiáng)的三維空間交聯(lián)，聚合之后又添加了鋁離子，能夠和PAA發(fā)生螯合作用，并且?guī)砹穗x子導(dǎo)電性能。

木材基水凝膠傳感器(CPS)結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部交聯(lián)機(jī)理

木材基水凝膠三切面電鏡圖

對比普通PAA水凝膠，在拉伸方面，木質(zhì)基水凝膠變得非常堅(jiān)韌，這點(diǎn)很像木材。而木質(zhì)基水凝膠的壓縮性能，也在橫向、徑向、弦向三個方向大為不同，如同木材的各向異性。

木質(zhì)基水凝膠的軸向拉伸以及三切面方向壓縮性能測試

由于楊木早晚材處理后孔道數(shù)量分布的影響，木質(zhì)基水凝膠弦切向會擁有更多層次的PAA填充，因此壓縮回彈性能更加優(yōu)秀。

木質(zhì)基水凝膠三切面方向壓縮機(jī)理圖

材料不同截面的利用：

這種木質(zhì)基水凝膠不同方向的切片，柔性是不同的，作為CPS的裝配材料，他們研究了以其徑切面和弦切面為介電層制作的電容傳感器，其電極一端是褶皺化處理的氧化還原石墨烯薄膜(rGO)。

rGO電極表面3D顯微鏡圖和原子力電鏡圖

弦切面由于擁有木質(zhì)基水凝膠中最為優(yōu)異的壓縮回彈性能，因此獲得的CPS靈敏性能也最為優(yōu)秀。

徑切向、弦切向水凝膠切片組裝CPS性能圖

研究者還展示了一些CPS的應(yīng)用場景模擬，以及良好的穩(wěn)定性測試結(jié)果。

CPS應(yīng)用場景模擬圖

這種各向異性的木材水凝膠成功地模擬了類似肌肉組織的機(jī)械性能和傳感功能，與褶皺化rGO一起組裝成的CPS擁有高靈敏性，寬量程以及良好的穩(wěn)定性，開拓了木質(zhì)基材料在傳感器領(lǐng)域的研究思路，在人工智能的各個方面提供了應(yīng)用潛力。

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