摩擦電傳感設(shè)備依靠接觸起電和靜電感應(yīng)的耦合效應(yīng),能夠?qū)⑼獠渴┘拥臋C(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為電信號,從而簡化觸覺信息的獲取和量化。然而,傳統(tǒng)彈性摩擦電材料(聚二甲基硅氧烷、熱塑性聚氨酯、硅橡膠等)的楊氏模量過高,與人體組織之間固有的機(jī)械失配為可穿戴觸覺傳感設(shè)備在人機(jī)交互中的應(yīng)用帶來了極大挑戰(zhàn)。模量的高度失配和極低的粘附性使其難以與人體和機(jī)器人形成順應(yīng)性的共形接觸和穩(wěn)定的界面連接,損害了可穿戴觸覺傳感設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和傳感信號的保真?zhèn)鬏,?yán)重限制了柔性電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
近日,王雙飛院士團(tuán)隊(duì)聶雙喜教授課題組受人體皮下組織的天然兩相結(jié)構(gòu)啟發(fā),提出了通過競爭性氫鍵誘導(dǎo)纖維素再生的相分離策略,實(shí)現(xiàn)了一種具有鎖相結(jié)構(gòu)的皮膚順應(yīng)性摩擦電彈性體。利用聚合物-溶劑-非溶劑相互作用構(gòu)建競爭性氫鍵體系,以觸發(fā)相分離。由此制備的摩擦電彈性體具有雙連續(xù)軟-硬相交替結(jié)構(gòu),其較低的楊氏模量(6.8-281.9 kPa)和高拉伸性能(880%)與人體皮膚的力學(xué)性能相匹配。聚甲基丙烯酸羥乙酯(軟相)和再生纖維素(硬相)中豐富的活性羥基使彈性體具備優(yōu)異的摩擦正極性和自粘附性能(90°剝離強(qiáng)度大于70 N/m);谠彈性體的自供電觸覺傳感皮膚與工作對象保持了良好的界面和機(jī)械穩(wěn)定性,極大地保證了軟觸覺傳感信號的保真度和可靠性。該策略使柔性傳感材料的類皮膚設(shè)計(jì)和廣泛的力學(xué)動態(tài)可調(diào)性成為可能,為其從軟機(jī)器人到可穿戴電子產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用提供了一個通用平臺。該項(xiàng)成果以題為“Compliant Iontronic Triboelectric Gels with Phase-Locked Structure Enabled by Competitive Hydrogen Bonding”發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《Nano-Micro Letters》上。
原文鏈接:https://doi.org/10.1007/s40820-024-01387-4
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