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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、健康檢測等領域有著重要的應用。人的皮膚具有四種不同功能的機械感受器來感應外界的力，它們分別是兩種慢適應性感受器（SA-I和SA-II）以及兩種快適應性感受器（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力的屬性（強弱和頻率）可以動態調控其靈敏度，以此達到大范圍內的機械刺激。目前，各種各樣的靈敏度可調的力學傳感器已被廣泛報道，但是這些可調力學傳感器大多是在材料成型之前通過成分和結構的控制來實現的，材料成型后再根據服役條件的需求調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聚合物復合材料特殊的機械性能實現了力學傳感器成型后的按需調控。如設計圖所示（圖1），動態聚合物復合材料在高應變速率下表現出固態性質，在低應變速率下表現出液體性質。在固態性質下，導電聚合物通過可逆打開導電網絡來感應外界機械刺激，因而可用作力學傳感器；在液態性質下，聚合物網絡和導電網絡可重組，以此改變材料的靈敏度。

圖1.靈敏度和感應范圍的調控示意圖。

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

圖2. CB/dPDMS復合材料的結構和性能表征.

圖3. CB/dPDMS復合材料的力學和力學感應性能。

圖4.機械拉伸調控CB/dPDMS復合材料的靈敏度.

圖5.可調CB/dPDMS復合材料的應用.

  本工作發表在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軟材料、響應性高分子、仿生材料、高性能水凝膠、生物材料等領域。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等國際著名期刊發表學術論文 70 多篇，作為主要發明人獲得美國專利授權 2 項。編寫英文專著（章節）2 部。

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