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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在柔性聚合物基底上集成具備探測壓力、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題。在類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)過簡單接觸修復(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