東華大學武培怡/孫勝童Nature子刊：新型自修復仿生材料
發布時間：2021-07-03 17:25:53 人氣：1933
可伸展的離子皮膚可以模仿天然皮膚的多種感覺。對于其在先進電子學中的應用來說，良好的彈性恢復、自修復，以及類皮膚的非線性力學響應(應變硬化)等優點至關重要，然而，目前很難在一種材料中同時滿足上述條件。
近日，東華大學武培怡教授，孫勝童研究員報道了通過在氫鍵交聯的聚羧酸鏈網絡中引入熵驅動的超分子兩性離子網絡，設計并制備了一系列具有高彈性、透明、自愈和應變硬化的質子導電離子皮膚。
與依賴大量溶劑使用的水凝膠和離子凝膠不同，目前的離子彈性體只存在平衡含水量。這一特性使得分子間二聚體氫鍵足夠強，可以在常溫下交聯多羧酸鏈，同時當浸泡在高濕度中時會變得動態，從而實現完全的自愈合，此外，由弱配合兩性離子組成的兩性網絡有助于離子彈性體的初始柔性，隨后在拉伸過程中會碎裂，從而形成一個非常堅硬的氫鍵合的聚羧酸網絡。
基于兩個相互競爭的動態網絡的順序脫粘以及兩性離子的快速重組，典型的聚丙烯酸（PAA）/甜菜堿彈性體具有超高的伸長率（1600%的伸長率）、明顯的應變硬化加強（模量提高24倍）、完全的自愈性（幾乎100%）和優異的彈性回復（97.9±1.1%的恢復率，<14%的滯后）等優點。同時，兩性離子的存在也使離子彈性體具有保濕和防凍的優勢，使其即使在惡劣的條件下也能穩定地傳導質子。此外，產生的離子皮膚具有很強的粘附性，很容易粘附在各種基材和人體皮膚上，但由于固有的張力強化效應，也比較容易剝離。更有趣的是，離子皮膚可以通過快速溶解在水中并在空氣中重鑄來回收。
作為皮膚類傳感器，離子彈性體對應變和溫度變化表現出及時的響應，并可進一步與彈性導電織物集成，作為離子智能傳感器感知壓力變化，顯示出其在可穿戴電子產品中的巨大應用潛力。
近日，東華大學武培怡教授，孫勝童研究員報道了通過在氫鍵交聯的聚羧酸鏈網絡中引入熵驅動的超分子兩性離子網絡，設計并制備了一系列具有高彈性、透明、自愈和應變硬化的質子導電離子皮膚。
與依賴大量溶劑使用的水凝膠和離子凝膠不同，目前的離子彈性體只存在平衡含水量。這一特性使得分子間二聚體氫鍵足夠強，可以在常溫下交聯多羧酸鏈，同時當浸泡在高濕度中時會變得動態，從而實現完全的自愈合，此外，由弱配合兩性離子組成的兩性網絡有助于離子彈性體的初始柔性，隨后在拉伸過程中會碎裂，從而形成一個非常堅硬的氫鍵合的聚羧酸網絡。
基于兩個相互競爭的動態網絡的順序脫粘以及兩性離子的快速重組，典型的聚丙烯酸（PAA）/甜菜堿彈性體具有超高的伸長率（1600%的伸長率）、明顯的應變硬化加強（模量提高24倍）、完全的自愈性（幾乎100%）和優異的彈性回復（97.9±1.1%的恢復率，<14%的滯后）等優點。同時，兩性離子的存在也使離子彈性體具有保濕和防凍的優勢，使其即使在惡劣的條件下也能穩定地傳導質子。此外，產生的離子皮膚具有很強的粘附性，很容易粘附在各種基材和人體皮膚上，但由于固有的張力強化效應，也比較容易剝離。更有趣的是，離子皮膚可以通過快速溶解在水中并在空氣中重鑄來回收。
作為皮膚類傳感器，離子彈性體對應變和溫度變化表現出及時的響應，并可進一步與彈性導電織物集成，作為離子智能傳感器感知壓力變化，顯示出其在可穿戴電子產品中的巨大應用潛力。
這項工作為設計具有類皮膚的復雜感官和機械性能的魯棒材料鋪平了道路，并有望激發一系列仿生材料在傳感器、可穿戴電子產品、智能紡織品、人機接口等方面的各種應用。
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