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  隨著智能終端的普及，開發(fā)和制備具有優(yōu)異力學性能和響應(yīng)靈敏性的柔性可穿戴傳感器材料在健康監(jiān)測、電子皮膚、仿生機器人、人機交互等領(lǐng)域具有極大應(yīng)用前景。

  近年來，四川大學高分子研究所張新星副教授和盧燦輝教授課題組利用具有獨特兩親性和納米尺寸結(jié)構(gòu)的纖維素納米晶（CNC）的結(jié)構(gòu)導向作用，誘導導電填料自組裝實現(xiàn)在橡膠基體中的有序排列和定構(gòu)加工，獲得力學性能優(yōu)異，對應(yīng)變、化學溶劑等外場作用響應(yīng)靈敏的有序多層次結(jié)構(gòu)橡膠復合材料 (J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 13317; ACS Sustainable Chem. Eng., 2015, 3, 675; Soft Matter, 2016, 12, 845; Compos. Sci. Technol., 2016, 124, 44; Compos. Sci. Technol., 2016, 125; Green Chem. 2017, DOI: 10.1039/C7GC01138E.)。并通過層層組裝加工方法將微結(jié)構(gòu)可控的導電膠乳涂覆于PU紗線、海綿等彈性基材表面，制備了具有超高靈敏度的拉伸應(yīng)變以及化學溶劑傳感材料 (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 9936; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 13657; Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19, 16198.)，在智能服裝、輸油管道滲漏監(jiān)測與智能堵漏等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

  目前，大部分柔性傳感器受限于響應(yīng)靈敏性差以及遭受不可避免的外力破壞時力學電學穩(wěn)定性差，只能實現(xiàn)信號采集，而無法進行下一步的信號識別、處理和指令的輸出。因此，開發(fā)具有仿生自愈合功能的自修復柔性傳感器材料及其可穿戴電子是功能彈性體材料領(lǐng)域亟待解決的核心問題之一。已報道的自修復柔性傳感器的應(yīng)變敏感元件多為無機導電涂層，如碳納米管、金納米顆粒等，其本身并不具備自修復功能，導致長期使用的可靠性和穩(wěn)定性受到影響，嚴重阻礙了其實際應(yīng)用。

  基于以上背景，張新星副教授研究團隊從設(shè)計和構(gòu)建具有自修復性能的有機應(yīng)變敏感材料出發(fā)，通過對CNC進行表面接枝或化學修飾，在填料導電網(wǎng)絡(luò)與橡膠基體間構(gòu)建具有自修復功能的動態(tài)離子鍵、配位鍵、多重氫鍵等超分子可逆交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)， 在室溫下實現(xiàn)材料的實時（≤ 30 s）、多次自修復（自修復3次后的修復效率為93%），并利用層層組裝加工方法制備具有超高靈敏度、可監(jiān)測微小生理活動（如喉結(jié)發(fā)音、面部表情、咀嚼、咳嗽、吞咽等）的自修復有機柔性傳感材料，為可穿戴電子的應(yīng)用提供關(guān)鍵材料和技術(shù)。(J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 9824.; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 20106.)

圖1.（a）超分子多重氫鍵可逆交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模型示意圖；（b）力學性能自修復效率對比。

圖2. 力學性能自修復演示。

  由于該柔性傳感材料出色的力學、電學可靠性與響應(yīng)靈敏性，該團隊通過與四川大學電子信息學院余艷梅副教授、陶青川副教授以及四川大學錦城學院莊健老師合作，設(shè)計和開發(fā)了面部表情控制機器人原型系統(tǒng)以及同步發(fā)音原型系統(tǒng)，實現(xiàn)了柔性傳感器與電子控制系統(tǒng)的集成化應(yīng)用和人機交互。

圖3.（a）自修復柔性傳感器用于面部表情識別，語音識別；（b）面部表情控制機器人系統(tǒng)和同步發(fā)音系統(tǒng)。

  這一研究成果已在線發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition（德國應(yīng)用化學，IF:11.994）期刊上，四川大學高分子研究所碩士研究生曹杰為第一作者，張新星副教授和余艷梅副教授為論文的共同通訊作者。本研究工作得到國家自然科學基金（項目編號：51673121）和高分子材料工程國家重點實驗室探索項目（項目編號：sklpme2017-2-06）等項目的資助。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201704217/full