中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所黃偉課題組在柔性離子導(dǎo)電材料方面取得新進(jìn)展

2024-09-23 14:11:30中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所閱讀量：229      我要評(píng)論

　　仿生離子皮膚在可穿戴電子設(shè)備、智能醫(yī)療和人機(jī)交互等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，然而賦予合成材料與皮膚相似的力學(xué)特性和功能，包括靈敏感知力、正交各向異性、非線性力學(xué)響應(yīng)和自愈能力仍然是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。受皮膚組織結(jié)構(gòu)(即交織的剛性膠原纖維嵌入柔軟的彈性蛋白基質(zhì)中)的啟發(fā)，一種可行的方法是將軟基質(zhì)與剛性骨架復(fù)合在一起。然而，由于兩種材料模量和伸長(zhǎng)率的差異，復(fù)合材料在變形過(guò)程中容易發(fā)生剝離和分層，從而影響其穩(wěn)定性和使用壽命。

　　在國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持下，化學(xué)研究所極端環(huán)境高分子材料院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃偉課題組通過(guò)直寫3D打印，制備了具有特定結(jié)構(gòu)的剛性骨架，與柔軟的離子凝膠復(fù)合后，成功得到一種具有皮膚各項(xiàng)力學(xué)特征和功能的仿生離子皮膚。其中，剛性骨架樹脂由巰基單體、丙烯酸酯、堿或堿性可聚合單體催化劑、甲基丙烯酸酯、光引發(fā)劑、納米填料組成；離子凝膠樹脂則由丙烯酸酯、離子液體、光引發(fā)劑組成。材料制備過(guò)程中，首先將具有優(yōu)異觸變性的光固化樹脂應(yīng)用于直寫3D打印，制備具有特定結(jié)構(gòu)的剛性骨架。室溫避光條件下，樹脂中的丙烯酸酯單體和巰基單體在堿催化下發(fā)生巰基-邁克爾加成反應(yīng)得到剛性骨架的第一網(wǎng)絡(luò)，而甲基丙烯酸酯單體由于電子云密度以及空間位阻較大導(dǎo)致其室溫下未參與反應(yīng)；之后，在剛性骨架中灌注離子凝膠樹脂，剛性骨架中剩余的甲基丙烯酸酯單體與澆注的離子凝膠樹脂采用光固化的方式進(jìn)行共固化，得到剛性骨架-離子凝膠復(fù)合材料。

　　該“軟”“硬”結(jié)合的復(fù)合材料不但實(shí)現(xiàn)了與人體皮膚相似的力學(xué)各向異性和非線性力學(xué)響應(yīng)，也通過(guò)剛性骨架和離子凝膠樹脂的共固化形成強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合，解決骨架材料和基體材料界面結(jié)合性能差的問(wèn)題。此外，由于骨架和基體之間巨大的模量差異所產(chǎn)生的抗裂紋生長(zhǎng)能力以及材料的自愈合特性確保了仿生離子皮膚的抗疲勞和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

　　該工作以“Bionic Artificial Skin Based on Self-Healable Ionogel Composites with Tailored Mechanics and Robust Interfaces”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上(https://doi.org/10.1002/adma.202405776)。文章第一作者是博士生張曼雯，通訊作者是化學(xué)所黃偉研究員和于然副研究員。

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