用于電子皮膚的仿生柔性電子器件由于能夠感知各種運(yùn)動(dòng)而受到越來越多的關(guān)注。然而，智能仿皮膚材料的開發(fā)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。在此，報(bào)道了一種簡單有效的方法來制造由聚乙烯醇（PVA）、Ti3C2Tx MXene納米片和聚吡咯（PPy）（PMP水凝膠）組成的超強(qiáng)韌性、可拉伸和自愈合的導(dǎo)電水凝膠。 MXene納米片和Fe
3+作為多功能交聯(lián)劑和有效的應(yīng)力傳遞中心，使PMP水凝膠具有相當(dāng)高的導(dǎo)電性、超強(qiáng)韌性和超高拉伸性（伸長率高達(dá)4300%）。由于動(dòng)態(tài)硼酸酯鍵的存在，水凝膠還表現(xiàn)出快速自修復(fù)和可重復(fù)的自粘能力。由PMP水凝膠制成的柔性電容式應(yīng)變傳感器顯示出相對(duì)廣泛的應(yīng)變傳感范圍（高達(dá)400%），并具有自愈功能。該傳感器可以精確監(jiān)測人體的各種生理信號(hào)，包括關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、面部表情、脈搏波等。基于 PMP 水凝膠的超級(jí)電容器具有約 92.83% 的高電容保持率和約 100% 的庫侖效率。
Fig 1. a）PMP水凝膠中化學(xué)交聯(lián)位點(diǎn)的制備過程示意圖。 b,c) MXene 納米片的 TEM 和 AFM 圖像。 d,e) PMP 水凝膠的 SEM 圖像。
Fig 2. a) 光學(xué)圖像顯示了 PMP 水凝膠的可成型和柔性特征。 b）PMP水凝膠在人造指關(guān)節(jié)上的適形性。c) PMP 水凝膠的 pH 響應(yīng)性能。 d) 光學(xué)圖像顯示 PMP 水凝膠的拉伸性。 e,f) 水凝膠的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。g) PMP 水凝膠的 G’ 和 G” 與頻率的關(guān)系。 h) 在頻率為 1.0 Hz 時(shí)，隨著應(yīng)變幅值增加至 1000%，G’ 和 G” 的變化（左）以及變形恢復(fù)（右）。 i) G’和G”在交替循環(huán)應(yīng)變下在1%和200%振蕩應(yīng)變之間變化。
Fig 3. a）PMP水凝膠的自愈能力。 b,c) 具有不同愈合時(shí)間的切斷 PMP 水凝膠的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線和 HE。d–f）水凝膠對(duì)不同材料表面的粘附性能。 g) 水凝膠對(duì)不同材料表面的粘附強(qiáng)度，插入：測試水凝膠粘附力的示意圖。
Fig 4. a）PMP水凝膠的電導(dǎo)率。 b) PMP水凝膠在拉伸過程中的相對(duì)電阻變化和LED亮度變化。 c) PMP水凝膠在循環(huán)切割-愈合測試中的電阻變化。 d-f）由連接 LED 燈和 PMP 水凝膠構(gòu)建的各種電路的照片。 g,h) 演示基于 PMP 水凝膠的觸摸屏筆，用于撥打電話號(hào)碼和繪圖。
Fig 5. a) 基于 PMP 水凝膠的電容傳感器的示意圖。 b) PCSS 的相對(duì)電容變化作為應(yīng)變的函數(shù)。c) PCSS 與報(bào)道的電容式傳感器在 GF 和工作范圍方面的比較。 d,e) 不同應(yīng)變和頻率下重復(fù)加載-卸載試驗(yàn)下的相對(duì)電容變化。 f) 循環(huán) 0° 至 360° 扭轉(zhuǎn)測試期間的相對(duì)電容變化。 g) 100%應(yīng)變下重復(fù)加卸載試驗(yàn)下PCSS的相對(duì)電容變化。
Fig 6. a-d) 從手指、肘部、膝蓋和手腕彎曲的運(yùn)動(dòng)中獲得的相對(duì)電容變化。 e–g) 從喉嚨、臉頰鼓起和脈搏收集的相對(duì)電容變化。
Fig 7. a) 基于 PMP 水凝膠的超級(jí)電容器的示意圖。 PMPSC 在不同電壓窗口下的 CV 曲線，b）100 mV s
−1 的掃描速率和 c）0-0.6 V 電位窗口內(nèi)的不同掃描速率。d）不同電流密度下的 GCD 曲線。 e) PMPSC 在 2 mA g
−1 電流密度下的循環(huán)穩(wěn)定性，第 1990 至 2000 次循環(huán)如插圖所示。
相關(guān)研究工作由英國諾森比亞大學(xué)Ben Bin Xu課題組于2023年在線發(fā)表在《Small》期刊上，A Simple and Effective Physical Ball-Milling Strategy to Prepare Super-Tough and Stretchable PVA@MXene@PPy Hydrogel for Flexible Capacitive Electronics，原文：
https://doi.org/10.1002/smll.202303038。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
