李承辉教授课题组在耐穿刺自修复电子皮肤方面取得新进展

发布时间:2021-09-14浏览次数:17

电子皮肤可模仿人体皮肤对外界环境(包括对温度、压力及摩擦等刺激)的感知,因而可广泛应用于可穿戴医疗传感器、触觉设备、机器人人造皮肤等领域,是世界各国研究者广泛关注的热点。基于金属和柔性材料的电子皮肤触觉传感器存在柔韧性和可穿戴性差等缺点;基于有机半导体和柔性材料物理共混复合的电子皮肤存在制造工艺繁琐、且缺乏结构稳定性和性能均一性等问题;柔性材料的制备也面临高柔性,高韧性和自修复能力的平衡问题。因此,开发出将有机半导体材料与柔性高分子有效复合的方法,对高性能柔性可穿戴器件的发展至关重要。

早在2016年李承辉教授联合鲍哲南教授报道了由Fe(III)配位络合物交联的聚(二甲基硅氧烷)链网络结构的高弹性自修复材料,这种材料具有高可拉伸性,高介电强度,自修复和机械制动等性能,为制备多性能电子皮肤奠定了坚实的基础(Nature Chemistry  2016, 8, 618–624)。今年早些时候,李承辉教授团队利用物理缠绕作用的PDMS聚合物作为柔性基底,液态金属作为导电层制备了长期传感稳定性,可多环境自修复的电子皮肤传感器(ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 31129–31139)。

最近,他们采用“刚柔并济”的策略,以磺酸基团作为桥梁,通过离子键的方式将柔性聚合物链与刚性聚苯胺结合起来,得到了无溶剂导电凝胶MASTA-PANI。值得一提的是,由于氢键和离子键的协同作用,聚合物杂化凝胶在室温下表现出优异的韧性和缺口敏感性、抗穿刺性和自愈能力。

此外,由于磺酸基与聚苯胺的作用,聚合物杂化凝胶具有良好的导电性,可以将应变和温度变化转化为线性电信号变化,从而可以检测生理信号(如体温、呼吸和局部关节运动)。基于这些优越的性能,表明MASTAPANI5在可穿戴领域和生理信号检测方面的具有巨大的潜力。

上工作以“A Puncture-Resistant and Self-Healing Conductive Gel for Multifunctional Electronic Skin”为题发表在Advanced Functional Materials 期刊上。论文第一作者为博士研究生侯可心,通讯作者为李承辉教授和赵培臣博士。上述工作得到国家自然科学基金和江苏省自然科学基金的资助。