西南交大：可逆粘附相变凝胶用于可穿戴热管理和智能医疗保健

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。

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）。论文的第一作者为西南交通大学2022级硕士生黄子杰，通讯作者为西南交通大学化学学院祁晓东副教授和王勇教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.est.2024.113043

来源：西南交通大学