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  隨著智能終端的普及，開(kāi)發(fā)和制備具有優(yōu)異力學(xué)性能和響應(yīng)靈敏性的柔性可穿戴傳感器材料在健康監(jiān)測(cè)、電子皮膚、仿生機(jī)器人、人機(jī)交互等領(lǐng)域具有極大應(yīng)用前景。

  近年來(lái)，四川大學(xué)高分子研究所張新星副教授和盧燦輝教授課題組利用具有獨(dú)特兩親性和納米尺寸結(jié)構(gòu)的纖維素納米晶（CNC）的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用，誘導(dǎo)導(dǎo)電填料自組裝實(shí)現(xiàn)在橡膠基體中的有序排列和定構(gòu)加工，獲得力學(xué)性能優(yōu)異，對(duì)應(yīng)變、化學(xué)溶劑等外場(chǎng)作用響應(yīng)靈敏的有序多層次結(jié)構(gòu)橡膠復(fù)合材料 (J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 13317; ACS Sustainable Chem. Eng., 2015, 3, 675; Soft Matter, 2016, 12, 845; Compos. Sci. Technol., 2016, 124, 44; Compos. Sci. Technol., 2016, 125; Green Chem. 2017, DOI: 10.1039/C7GC01138E.)。并通過(guò)層層組裝加工方法將微結(jié)構(gòu)可控的導(dǎo)電膠乳涂覆于PU紗線、海綿等彈性基材表面，制備了具有超高靈敏度的拉伸應(yīng)變以及化學(xué)溶劑傳感材料 (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 9936; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 13657; Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19, 16198.)，在智能服裝、輸油管道滲漏監(jiān)測(cè)與智能堵漏等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

  目前，大部分柔性傳感器受限于響應(yīng)靈敏性差以及遭受不可避免的外力破壞時(shí)力學(xué)電學(xué)穩(wěn)定性差，只能實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集，而無(wú)法進(jìn)行下一步的信號(hào)識(shí)別、處理和指令的輸出。因此，開(kāi)發(fā)具有仿生自愈合功能的自修復(fù)柔性傳感器材料及其可穿戴電子是功能彈性體材料領(lǐng)域亟待解決的核心問(wèn)題之一。已報(bào)道的自修復(fù)柔性傳感器的應(yīng)變敏感元件多為無(wú)機(jī)導(dǎo)電涂層，如碳納米管、金納米顆粒等，其本身并不具備自修復(fù)功能，導(dǎo)致長(zhǎng)期使用的可靠性和穩(wěn)定性受到影響，嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

  基于以上背景，張新星副教授研究團(tuán)隊(duì)從設(shè)計(jì)和構(gòu)建具有自修復(fù)性能的有機(jī)應(yīng)變敏感材料出發(fā)，通過(guò)對(duì)CNC進(jìn)行表面接枝或化學(xué)修飾，在填料導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)與橡膠基體間構(gòu)建具有自修復(fù)功能的動(dòng)態(tài)離子鍵、配位鍵、多重氫鍵等超分子可逆交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)， 在室溫下實(shí)現(xiàn)材料的實(shí)時(shí)（≤ 30 s）、多次自修復(fù)（自修復(fù)3次后的修復(fù)效率為93%），并利用層層組裝加工方法制備具有超高靈敏度、可監(jiān)測(cè)微小生理活動(dòng)（如喉結(jié)發(fā)音、面部表情、咀嚼、咳嗽、吞咽等）的自修復(fù)有機(jī)柔性傳感材料，為可穿戴電子的應(yīng)用提供關(guān)鍵材料和技術(shù)。(J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 9824.; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 20106.)

圖1.（a）超分子多重氫鍵可逆交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模型示意圖；（b）力學(xué)性能自修復(fù)效率對(duì)比。

圖2. 力學(xué)性能自修復(fù)演示。

  由于該柔性傳感材料出色的力學(xué)、電學(xué)可靠性與響應(yīng)靈敏性，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)與四川大學(xué)電子信息學(xué)院余艷梅副教授、陶青川副教授以及四川大學(xué)錦城學(xué)院莊健老師合作，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了面部表情控制機(jī)器人原型系統(tǒng)以及同步發(fā)音原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了柔性傳感器與電子控制系統(tǒng)的集成化應(yīng)用和人機(jī)交互。

圖3.（a）自修復(fù)柔性傳感器用于面部表情識(shí)別，語(yǔ)音識(shí)別；（b）面部表情控制機(jī)器人系統(tǒng)和同步發(fā)音系統(tǒng)。

  這一研究成果已在線發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition（德國(guó)應(yīng)用化學(xué)，IF:11.994）期刊上，四川大學(xué)高分子研究所碩士研究生曹杰為第一作者，張新星副教授和余艷梅副教授為論文的共同通訊作者。本研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：51673121）和高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室探索項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：sklpme2017-2-06）等項(xiàng)目的資助。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201704217/full