研究背景
随着智能可穿戴设备在个人健康管理领域的快速发展，实时监测生理信号、提供个性化热管理和按需治疗的需求日益增长。然而，传统可穿戴设备存在舒适性差、粘附性能不足和功能单一等问题，限制了其在长期健康监测和光热治疗中的应用。因此，开发兼具优异应变感应、高效光热转换和可调控粘附性能的多功能材料，对于提升智能可穿戴设备的性能和扩展其应用范围具有重要意义。
文章要点
本文以十水硫酸钠(SSD)为相变材料，聚丙烯酰胺(PAM)为基质材料，并掺入聚多巴胺修饰的MXene (PDA@MXene)为功能填料，成功制备出一种兼具优异光热转换、应变传感和可逆粘附的多功能相变凝胶。PCG具有适宜的相变温度和高潜热值(128.8 J/g)，确保了良好的热舒适性。此外，PAM利用其独特的三维网络结构有效解决了SSD的液体泄漏问题，并赋予其柔性。PDA@MXene的引入使PCG具有优异的光热转换效率(93.83%)和良好的粘附性能，可提供按需治疗。值得注意的是，PCG通过SSD的相变过程展现出温度敏感的可逆粘附能力，实现了对皮肤的高粘附性和无痛脱离。本研究制备的具有热能存储、光热转换、可逆粘附功能的相变凝胶，为个性化健康监测和光热理疗提供了创新解决方案。
图文展示
图1. PAM/SSD/P@M相变凝胶的制备以及功能应用。
图2. (ai) PAM和 (aii，aiii) PAM/SSD/P@M1.5的微观形貌以及 (b) EDS图。(c) SSD， PAM/SSD和PAM/SSD/P@M1.5的XRD谱图和 (d) XPS谱图。
图3. (a) PAM/SSD/P@M的DSC曲线以及 (b) 相变温度和热焓值。(c) SSD， PAM/SSD和PAM/SSD/P@M1.5的形状维持率。(d) 防泄漏测试。(e) SSD从25 ℃加热到45 ℃的POM图。
图4. (a) 不同温度下PAM/SSD/P@M1.5凝胶附着和脱离的数码照片。(b) PAM 和 PAM/SSD/P@M1.5 凝胶G′和G′′随温度升高的变化 (c) 凝胶内SSD晶态随温度变化的示意图。(d) 在偏光显微镜下将PAM/SSD/P@M1.5凝胶从25 °C加热到45 °C的图像。
图5. (a) PAM/SSD/P@M凝胶光热治疗示意图。(b) 志愿者手腕受伤前和热疗后的照片和红外热图像以及(c，d)相应的传感性能。
图6. PAM/SSD/P@M1.5凝胶作为人体运动的柔性可穿戴传感器。(a) 膝盖弯曲，(b) 手腕弯曲，(c) 手指弯曲，(d) 肘部弯曲，(e) 微笑，(f) 说“a~”。
本工作以“Phase change hydrogels with tunable adhesion for wearable thermal management and intelligent healthcare”为题发表在储能领域国际知名期刊《Journal of Energy Storage》（IF: 8.9）。论文的第一作者为ylzz总站线路检测中心2022级硕士生黄子杰，通讯作者为ylzzcom永利总站线路检测祁晓东副教授和王勇教授。
Zi-jie Huang, Yu-long Liu, Ting-yu Zhu, Wan-jun Jiang, De-xiang Sun, Jing-hui Yang, Xiao-dong Qi*, Yong Wang*. Phase change hydrogels with tunable adhesion for wearable thermal management and intelligent healthcare. Journal of Energy Storage, 2024, 98, 113034.
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.est.2024.113043
祁晓东，副教授，硕士生导师，主要从事聚合物基相变储能材料的研究。主持国家自然科学基金青年基金、四川省自然科学基金面上项目、四川省科技厅重点研发项目等10余项；以第一或通讯作者发表30余篇SCI论文，相关成果发表在Prog. Poly. Sci.、Nano-Micro Lett.等，ESI高被引论文3篇；授权国家发明专利5项，撰写英文专著章节1章，获2021年度四川省技术发明奖二等奖，入选2022-2024年度斯坦福全球前2%科学家榜单。
王勇，教授、博士生导师、德国洪堡学者，主要从事结构/功能一体化先进高分子复合材料的研究。主持国家自然科学基金(6项)、教育部新世纪优秀人才基金、四川省青年科技创新团队、四川省科技厅重大成果转化项目、四川省杰出青年基金、四川省自然科学基金重点项目等项目30余项；在Prog. Poly. Sci.、Macromolecules、Nano-Micro Lett.等期刊发表论文300余篇，他引9000余次；授权发明专利24件。研究成果获得2021年度四川省技术发明二等奖、2018年度四川省自然科学二等奖、2006年度全国百篇优秀博士论文提名论文等。
