（a） 水凝膠自愈機(jī)理示意圖;（b）水凝膠在不同時(shí)間的自修復(fù)率243;（三）水凝膠自修復(fù)演示過程;（d） 244 用水凝膠多重愈合的自愈作用。圖片來源：王等

電子領(lǐng)域的新進(jìn)展使得能夠創(chuàng)建更小、越來越復(fù)雜的設(shè)備，包括可穿戴技術(shù)、生物傳感器、醫(yī)療植入物和軟機(jī)器人。這些技術(shù)中的大多數(shù)都基于具有電子特性的彈性材料。

雖然材料科學(xué)家已經(jīng)推出了各種可用于制造電子產(chǎn)品的柔性材料，但其中許多材料都很脆弱，很容易損壞。由于材料的損壞可能導(dǎo)致其故障，同時(shí)也會(huì)影響它們所集成的系統(tǒng)的整體功能，因此幾種現(xiàn)有的軟材料和導(dǎo)電材料最終可能不可靠且不適合大規(guī)模實(shí)施。

中國(guó)哈爾濱理工大學(xué)的研究人員近期開發(fā)出一種新的導(dǎo)電和自修復(fù)水凝膠，可用于為可穿戴設(shè)備，機(jī)器人或其他設(shè)備制造柔性傳感器。這種材料及其成分在《科學(xué)雜志：先進(jìn)材料和設(shè)備》中進(jìn)行了概述。

“在本文中，聚乙烯醇（PVA）和4-羧基苯甲醛（CBA）用于形成雙網(wǎng)絡(luò)骨架，并引入聚苯胺（PANI）來組裝具有良好自愈性能的柔性傳感器，”Xiaoming Wang，Ling Weng和他們的同事在他們的論文中寫道�！癙VA和CBA的疏水結(jié)合保證了水凝膠傳感器的機(jī)械性能，PANI的引入為水凝膠傳感器帶來了電性能。

Wang，Weng和他們的同事通過將CBA（一種由醛和羧酸取代的苯環(huán)組成的有機(jī)化合物）引入PVA（一種水溶性合成聚合物）并通過靜電相互作用添加導(dǎo)電聚合物PANI來創(chuàng)建他們的材料。在最初的測(cè)試中，他們發(fā)現(xiàn)這種材料具有顯著的機(jī)械性能，并且在損壞后可以自行愈合。此外，它可以達(dá)到4.35 Mpa的最大應(yīng)力和380%的最大應(yīng)變。

然后，研究人員使用這種材料制造了一種應(yīng)變傳感器，這是一種傳感裝置，可以檢測(cè)來自周圍環(huán)境的外力和施加的壓力。該傳感器的性能非常好，既可以測(cè)量小的變形信號(hào)，例如佩戴者咳嗽或說話，也可以測(cè)量更劇烈的身體運(yùn)動(dòng)。

“本文制備的柔性傳感器在1-71%的應(yīng)變范圍內(nèi)具有0.300的靈敏度，極限檢測(cè)應(yīng)變小于1%，”Wang，Weng及其同事在他們的論文中寫道。“拉伸過程中水凝膠傳感器的響應(yīng)時(shí)間為158毫秒。此外，水凝膠傳感器還具有自愈性能。在室溫下，水凝膠切割后，只需一分鐘即可完成修復(fù)，自愈率約為60%。

未來，這組研究人員創(chuàng)造的水凝膠可用于開發(fā)各種其他傳感器和可穿戴電子設(shè)備，例如可以檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)的傳感器或監(jiān)測(cè)特定生物信號(hào)的醫(yī)療設(shè)備。此外，他們的工作可以為開發(fā)具有自愈特性的類似柔性和導(dǎo)電水凝膠鋪平道路。

更多信息：王曉明等，構(gòu)建用于柔性傳感器的導(dǎo)電和機(jī)械強(qiáng)度自修復(fù)水凝膠，科學(xué)雜志：先進(jìn)材料與器件（2023）。DOI： 10.1016/j.jsamd.2023.100563