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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、可實現人體不同部位穿戴，且能快速感應外界應力（包括壓力、拉力、剪切力、扭曲力等），并將其以電信號的形式收集、記錄的一種柔性導電復合材料。目前WFSM的研究仍處于初步階段，將其應用于可穿戴時，存在以下挑戰：（1）大多數基體與人體皮膚的楊氏模量并不匹配，實際使用時穿戴不適；（2）其平整的表面與皮膚的相對粗糙表面貼合性較差，減弱了傳感材料對力與形變的感知；（3）一般無自粘附性，需要額外固定裝備輔助其固定，如應用于手指穿戴時易出現明顯的脫落問題。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，對于高性能電子材料的制備與應用具有很重要意義。（J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 4183）

  針對上述問題，華南理工大學劉嵐教授與康涅狄格大學孫陸逸教授課題組合作，開發出一種低模量、自粘附PVA/PDA-Fe³⁺的柔性基底，并研究了其應用在力敏傳感和驅動材料時的機理及性能。文章發表在最新一期的Chemistry of Materials上，第一作者為華南理工大學材料學院陳松博士。

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

  該研究受貽貝粘附蛋白的啟發，通過原位聚合和離子配位作用開發了模量可調、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。通過調節PDA與PVA的比例，制備的柔性基體具有極高的粘附性；同時，基于Fe³⁺的吸水性，通過調節Fe³⁺的添加量可有效調控基體的楊氏模量（1.5 GPa 調整到0.01 MPa）。將其應用于WFSM中表現出具有高度的皮膚貼合性、適應性以及皮膚粘附性，實現了優異的可穿戴性（圖2）。進一步配合AgNPs網絡在拉伸下出現的微裂紋，制備的WFSM在20%拉伸下靈敏度高達2012，可成功應用于人體各部位的穿戴與傳感研究（圖3）。

圖2 AgNPs/PVA-Fe³⁺傳感材料數碼照片

圖3 AgNPs/ PVA/PDA-Fe³⁺可穿戴力敏傳感材料用以實時監控各種動作（手背，眼角，前額和手腕）以及對應動作下的電阻變化曲線

圖4 具有自鎖功能的驅動材料的應用。

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

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