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  近年來(lái)，可自愈合的智能可穿戴柔性傳感器在軟機(jī)器人、健康監(jiān)測(cè)、電子皮膚和人工智能領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，絕大部分可穿戴柔性傳感器不具備損傷檢測(cè)能力，難以在微裂紋產(chǎn)生的早期就鎖定損傷位置進(jìn)行修復(fù)而造成不可挽回的損失。因而，針對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)肉眼不可見(jiàn)的損傷并激活修復(fù)，延長(zhǎng)傳感器的使用壽命，開(kāi)發(fā)一種集電觸發(fā)自愈合、損傷檢測(cè)和高靈敏度于一體的柔性傳感材料具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

  近日，廣西大學(xué)徐傳輝教授課題組和中國(guó)熱科院加工所汪月瓊副研究員合作，設(shè)計(jì)制備了一種集電觸發(fā)自愈、損傷檢測(cè)和高靈敏度于一體的環(huán)氧天然橡膠（ENR）基柔性導(dǎo)電復(fù)合膜材料。通過(guò)膠乳成膜手段使碳納米管（CNT）和硫辛酸（LA）均勻分散于ENR基體并構(gòu)建了動(dòng)態(tài)共價(jià)交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)與導(dǎo)電通路，從而賦予ENR/LA/CNT膜優(yōu)異的導(dǎo)電性、電熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)與自愈合性能。作為傳感器，它具有良好的機(jī)電性能，高靈敏度和優(yōu)異的穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)。在電熱轉(zhuǎn)換過(guò)程，ENR/LA/CNT膜可通過(guò)熱成像儀實(shí)現(xiàn)損傷檢測(cè)，同時(shí)，電熱轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的熱量可激活二硫鍵的動(dòng)態(tài)交換啟動(dòng)損傷自修復(fù)。該研究為開(kāi)發(fā)多功能可穿戴柔性傳感器提供了思路。

1、ENR/LA/CNT膜的制備和表征

圖2 ENR/LA/CNT膜的結(jié)構(gòu)表征

2、ENR/LA/CNT膜的電熱性能

圖3 ENR/LA/CNT膜的電熱轉(zhuǎn)換性能

3、ENR/LA/CNT膜的電觸發(fā)自愈合和損傷檢測(cè)

  與傳統(tǒng)的需要加熱整個(gè)樣品進(jìn)行修復(fù)的方式不同，ENR/LA/CNT膜可對(duì)損傷區(qū)域進(jìn)行精確自愈。激活自愈合所需的溫度可以很容易地根據(jù)負(fù)載電壓進(jìn)行調(diào)整。如圖4所示，損傷的ENR/LA/CNT膜表面溫度在6s內(nèi)上升到50.7 °C。當(dāng)時(shí)間增加到748s,飽和溫度可以恢復(fù)到與原始飽和溫度相同（131.5°C），而且在紅外熱圖像中也觀察到在損傷區(qū)域和完整區(qū)域之間顏色一致。ENR/LA/CNT膜愈合后的應(yīng)力可恢復(fù)到初始性能近乎100%。如圖5所示，當(dāng)ENR/LA/CNT膜受到損壞時(shí)，通過(guò)紅外熱像儀可清楚觀察到裂紋區(qū)域和完整區(qū)域出現(xiàn)明顯的色差，高亮度區(qū)域代表?yè)p傷的位置，而且裂紋區(qū)域的溫度遠(yuǎn)高于其他區(qū)域。因此，將電觸發(fā)自愈合和損傷檢測(cè)功能結(jié)合到傳感器中，對(duì)于延長(zhǎng)傳感器的使用壽命和確保其正常使用非常重要。 

圖5 ENR/LA/CNT膜電自愈合后的性能和損傷檢測(cè)

4、ENR/LA/CNT膜在傳感器中的應(yīng)用

圖6 ENR/LA/CNT膜在傳感器的應(yīng)用

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147624