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  電子皮膚是模仿人類皮膚的觸覺能力（熱、光、力、濕度等）的柔性電子器件，在軟體機器人、假肢、健康檢測等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。人的皮膚具有四種不同功能的機械感受器來感應(yīng)外界的力，它們分別是兩種慢適應(yīng)性感受器（SA-I和SA-II）以及兩種快適應(yīng)性感受器（FA-I和FA-II）。這些功能各異的機械感受器使得皮膚在感受機械刺激的時候能夠根據(jù)力的屬性（強弱和頻率）可以動態(tài)調(diào)控其靈敏度，以此達到大范圍內(nèi)的機械刺激。目前，各種各樣的靈敏度可調(diào)的力學(xué)傳感器已被廣泛報道，但是這些可調(diào)力學(xué)傳感器大多是在材料成型之前通過成分和結(jié)構(gòu)的控制來實現(xiàn)的，材料成型后再根據(jù)服役條件的需求調(diào)控傳感器靈敏度仍然是一個難題。

  針對以上問題，崔家喜教授團隊利用動態(tài)聚合物復(fù)合材料特殊的機械性能實現(xiàn)了力學(xué)傳感器成型后的按需調(diào)控。如設(shè)計圖所示（圖1），動態(tài)聚合物復(fù)合材料在高應(yīng)變速率下表現(xiàn)出固態(tài)性質(zhì)，在低應(yīng)變速率下表現(xiàn)出液體性質(zhì)。在固態(tài)性質(zhì)下，導(dǎo)電聚合物通過可逆打開導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來感應(yīng)外界機械刺激，因而可用作力學(xué)傳感器；在液態(tài)性質(zhì)下，聚合物網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可重組，以此改變材料的靈敏度。

圖1.靈敏度和感應(yīng)范圍的調(diào)控示意圖。

  基于此，他們用碳粉/酸催化動態(tài)聚二甲基硅氧烷（CB/dPDMS）導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料來證明靈敏度的成型后可調(diào)。他們利用溶劑揮發(fā)的方法制備了滲透閾值低的聚合物復(fù)合材料（圖2）；研究了導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料中碳粉網(wǎng)絡(luò)和聚合物網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用關(guān)系，以及兩種網(wǎng)絡(luò)對材料靈敏度的影響（圖3）；證明了CB/dPDMS聚合物復(fù)合材料的固態(tài)/液態(tài)性質(zhì)，以及靈敏度的成型后可調(diào)（圖4）；實現(xiàn)了柔性力傳感器的按需調(diào)控（圖5）。

圖2. CB/dPDMS復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能表征.

圖3. CB/dPDMS復(fù)合材料的力學(xué)和力學(xué)感應(yīng)性能。

圖4.機械拉伸調(diào)控CB/dPDMS復(fù)合材料的靈敏度.

圖5.可調(diào)CB/dPDMS復(fù)合材料的應(yīng)用.

  本工作發(fā)表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202003533)上，題目為“Self-Healable and Recyclable Tactile Force Sensors with Post-Tunable Sensitivity”。文章第一作者為博士生周小狀，論文通訊作者為崔家喜教授。該工作得到了萊布尼茨研究所、德國洪堡基金會以及中國國家留學(xué)基金委的支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202003533

作者簡介

  崔家喜教授，主要研究方向包括動態(tài)軟材料、響應(yīng)性高分子、仿生材料、高性能水凝膠、生物材料等領(lǐng)域。以第一作者/通訊作者在 Nature Materials, Nature Communications, Advanced Materials JACS, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Functional Materials, Material Horizons等國際著名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文 70 多篇，作為主要發(fā)明人獲得美國專利授權(quán) 2 項。編寫英文專著（章節(jié)）2 部。

  崔家喜教授課題組招收具有高分子、有機化學(xué)、或材料化學(xué)背景的碩士生、博士生和博士后；聯(lián)系方式：Jiaxi.Cui@uestc.edu.cn;jiaxicui119@gmail.com