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  可穿戴力敏傳感材料（Wearable Force Sensitive Sensing Materials, WFSM）是指擁有自由變形能力、可實(shí)現(xiàn)人體不同部位穿戴，且能快速感應(yīng)外界應(yīng)力（包括壓力、拉力、剪切力、扭曲力等），并將其以電信號(hào)的形式收集、記錄的一種柔性導(dǎo)電復(fù)合材料。目前WFSM的研究仍處于初步階段，將其應(yīng)用于可穿戴時(shí)，存在以下挑戰(zhàn)：（1）大多數(shù)基體與人體皮膚的楊氏模量并不匹配，實(shí)際使用時(shí)穿戴不適；（2）其平整的表面與皮膚的相對(duì)粗糙表面貼合性較差，減弱了傳感材料對(duì)力與形變的感知；（3）一般無自粘附性，需要額外固定裝備輔助其固定，如應(yīng)用于手指穿戴時(shí)易出現(xiàn)明顯的脫落問題。因此，制備具有高度皮膚柔順性的柔軟（類皮膚模量）、能自粘附的柔性基體，對(duì)于高性能電子材料的制備與應(yīng)用具有很重要意義。（J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 4183）

  針對(duì)上述問題，華南理工大學(xué)劉嵐教授與康涅狄格大學(xué)孫陸逸教授課題組合作，開發(fā)出一種低模量、自粘附PVA/PDA-Fe³⁺的柔性基底，并研究了其應(yīng)用在力敏傳感和驅(qū)動(dòng)材料時(shí)的機(jī)理及性能。文章發(fā)表在最新一期的Chemistry of Materials上，第一作者為華南理工大學(xué)材料學(xué)院陳松博士。

圖1可穿戴傳感材料中傳感材料-皮膚界面的重要性（a-c）以及理想的驅(qū)動(dòng)材料界面層不僅可粘結(jié)活性層還能在電源關(guān)閉后起到鎖定驅(qū)動(dòng)材料的作用（d-f）

  該研究受貽貝粘附蛋白的啟發(fā)，通過原位聚合和離子配位作用開發(fā)了模量可調(diào)、可拉伸、且兼具高粘附能力的聚多巴胺（PDA）/聚乙烯醇（PVA）-Fe³⁺ 的柔性基體。通過調(diào)節(jié)PDA與PVA的比例，制備的柔性基體具有極高的粘附性；同時(shí)，基于Fe³⁺的吸水性，通過調(diào)節(jié)Fe³⁺的添加量可有效調(diào)控基體的楊氏模量（1.5 GPa 調(diào)整到0.01 MPa）。將其應(yīng)用于WFSM中表現(xiàn)出具有高度的皮膚貼合性、適應(yīng)性以及皮膚粘附性，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的可穿戴性（圖2）。進(jìn)一步配合AgNPs網(wǎng)絡(luò)在拉伸下出現(xiàn)的微裂紋，制備的WFSM在20%拉伸下靈敏度高達(dá)2012，可成功應(yīng)用于人體各部位的穿戴與傳感研究（圖3）。

圖2 AgNPs/PVA-Fe³⁺傳感材料數(shù)碼照片

圖3 AgNPs/ PVA/PDA-Fe³⁺可穿戴力敏傳感材料用以實(shí)時(shí)監(jiān)控各種動(dòng)作（手背，眼角，前額和手腕）以及對(duì)應(yīng)動(dòng)作下的電阻變化曲線

圖4 具有自鎖功能的驅(qū)動(dòng)材料的應(yīng)用。

  在應(yīng)用方面，本研究以PDA/PVA-Fe³⁺為粘結(jié)界面，結(jié)合雙向拉伸聚丙烯（BOPP）層和紙層，制備出具有自鎖定功能的新型刺激驅(qū)動(dòng)材料，對(duì)熱、NIR光和電壓都表現(xiàn)出很好的響應(yīng)。由于濕膨脹效應(yīng)和模量可調(diào)的特性，該驅(qū)動(dòng)材料可以在去除刺激后實(shí)現(xiàn)自鎖定；并通過施加濕氣解鎖，在低能耗軟體機(jī)器人和軟體抓取裝置中顯示出較高的應(yīng)用潛力（圖4）。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.9b02274