水凝膠“人造皮膚”：可拉伸77倍、可自愈、可3D打印、靈敏度超高

來源：國家科學評論

南京大學物理學院王煒教授和曹毅教授團隊在凝膠基質中分散添加表面被多肽覆蓋的石墨烯片，設計和制備了具有體相電容結的單層復合水凝膠，可用于構建具備多重傳感模式的人造皮膚“SHARK”。該凝膠材料具備出色的拉伸性能，自修復能力和可打印特性，在新一代柔性離子電子器件中有廣泛的應用前景�！秶�家科學評論》（National Science Review, NSR）近期發(fā)文報道了該成果。

具有超強延展性的SHARK，可拉伸77倍

這種集超強拉伸性、自修復性和超高機械傳感靈敏度于一身的單層水凝膠人造皮膚被命名為“SHARK”（single-layer hydrogel artificial skin）。與傳統(tǒng)的三明治電容傳感器不同，SHARK可以被認為是由無數分散于凝膠基質中的微納電容器組成的，這些微納電容器分散但相互連接，類似于聚合物太陽能電池的結構，也與人體皮膚的傳感機制也高度相似。這種獨特的層級設計使其具備極大的等效電容面積和超高的傳感靈敏度，任何微小的機械刺激都可以很大程度改變其總體電容。

SHARK設計和傳感原理

SHARK的微觀層級結構

這種材料可以拉伸至7700%的應變并在0-2600%的形變范圍內保持線性傳感特性，并且可以在受損后迅速自修復，恢復其機械和電學特性。

SHARK的超強拉伸性能和延展性

研究團隊還展示了該種材料在手指傳感，聲波傳感和水下傳感方面的應用示例，證明了其在不同傳感模式和場景下均具備可靠的傳感和抗疲勞特性。

同時，由于其快速自修復特性，該種材料還可以直接進行3D打印，應用于復雜的傳感芯片制備，打印精度達到200微米。

SHARK的自修復，重塑和3D打印

該項研究的新穎設計能夠極大地提高基于水凝膠材料的人造皮膚性能，在下一代可穿戴電子設備方面具有廣泛的應用前景。

相關論文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwab147