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  柔性電子皮膚在人機(jī)互動(dòng)和可穿戴電子皮膚領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。為了更好的模擬人體皮膚，電子皮膚應(yīng)該具備對(duì)外界刺激（壓力，溫度等）的多重響應(yīng)能力和類(lèi)人體皮膚的抵抗破壞能力。目前，多功能電子皮膚的制備主要是通過(guò)在柔性聚合物基底上集成具備探測(cè)壓力、溫度或其他刺激的傳感器及陣列，面臨著層壓圖案復(fù)雜化和不同功能傳感器的有效集成問(wèn)題。在類(lèi)皮膚材料的制備方面也面臨著材料本身柔性、韌性及自修復(fù)能力的平衡。

  鑒于此，南京大學(xué)李承輝教授課題組采用剛?cè)岵?jì)的策略：將硫辛酸和甲基丙烯磺酸鈉反應(yīng)的聚合物鏈段作為柔性鏈段，將聚苯胺作為剛性鏈段。其中，聚苯胺以質(zhì)子酸摻雜的形式分布在聚合物網(wǎng)絡(luò)中。

圖1 聚合物材料的主要構(gòu)成與結(jié)構(gòu)

  由于氫鍵和離子鍵的協(xié)同作用，該聚合物材料表現(xiàn)出高柔性：拉伸速率為10mm/min 時(shí)斷裂伸長(zhǎng)量高達(dá)40×；抗撕裂性：撕裂能為5668±20J·m^?2遠(yuǎn)高于人體組織（1000J·m^-2）；切口不敏感性；耐穿刺能力：穿刺能為69.05±0.38mJ。

圖2 (a)不同速率下的拉伸曲線；(b)400%應(yīng)變下的循環(huán)拉伸曲線；(c)切口不敏感性；(d)50mm/min 下的穿刺曲線

  在具備優(yōu)異機(jī)械性能同時(shí)，材料保持良好的自修復(fù)能力。室溫下修復(fù)24小時(shí)即可達(dá)到97.14%的修復(fù)效率。

圖3 (a)室溫條件下修復(fù)不同時(shí)間后的拉伸曲線；(b)不同修復(fù)時(shí)間下的修復(fù)效率；（c）材料在被切斷后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單接觸修復(fù)后的修復(fù)情況

  由于聚苯胺在質(zhì)子酸摻雜后的導(dǎo)電性，聚合物雜化凝膠具有良好的導(dǎo)電性。由該材料和銅片簡(jiǎn)單組裝的傳感器可以將應(yīng)變和溫度變化轉(zhuǎn)化為線性電信號(hào)變化，從而可以檢測(cè)生理信號(hào)（如體溫、呼吸和局部關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)）�；谶@些優(yōu)越的性能，表明MASTA–PANI5在可穿戴領(lǐng)域和生理信號(hào)檢測(cè)方面的具有巨大的潛力。

圖4 (a)傳感器在溫水和熱水刺激下的阻值變化；（b）傳感器在室溫與40℃循環(huán)下的高穩(wěn)定性工作；（c）傳感器在接受哈氣刺激時(shí)的阻值變化；（d）在不同力度按壓刺激下的阻值響應(yīng)；（e）將傳感器貼于喉嚨出發(fā)音時(shí)的阻值變化情況；（e）將傳感器貼于食指關(guān)節(jié)處彎曲不同角度時(shí)的阻值變化情況。

  以上工作以“A Puncture-Resistant and Self-Healing Conductive Gel for Multifunctional Electronic Skin”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials 期刊上。論文第一作者為南京大學(xué)博士研究生侯可心，通訊作者為南京大學(xué)李承輝教授和趙培臣博士。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21631006，21771100）的資助。

  文獻(xiàn)鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202107006