填料導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)在外界刺激力場作用下的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，為高性能力敏傳感材料的設(shè)計與制備提供重要途徑。但現(xiàn)有工作主要針對不同微納結(jié)構(gòu)設(shè)計對材料電阻響應(yīng)行為影響規(guī)律的實驗評價，對力場作用下材料微觀結(jié)構(gòu)的演變機制及結(jié)構(gòu)-性能構(gòu)效關(guān)系尚不清楚，導(dǎo)致現(xiàn)有柔性傳感材料的設(shè)計與制備缺乏有效理論指導(dǎo)。
仿真模擬結(jié)合實驗驗證是研究材料形態(tài)結(jié)構(gòu)力場演變與構(gòu)效關(guān)系的重要方法，但現(xiàn)有仿真體系失真、低效、復(fù)雜結(jié)構(gòu)模擬困難，無法高效完整地統(tǒng)計并呈現(xiàn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)隧道節(jié)點分布。
針對這一問題，四川大學(xué)高分子研究所張新星研究員團隊通過設(shè)定限定條件的迭代優(yōu)化策略創(chuàng)建填料導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)仿真模型，實現(xiàn)對復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)的準確模擬，采用坐標變換與插值近似方法將模擬體系中的隧道節(jié)點分布可視化呈現(xiàn)，首次實現(xiàn)了填料導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)力場演變行為的直觀可視化呈現(xiàn)，為高性能柔性傳感材料的設(shè)計與制備提供理論指導(dǎo)。
圖一、三種典型微納結(jié)構(gòu)力場演變行為的可視化仿真分析
圖2、不同微納結(jié)構(gòu)力場演變的動態(tài)仿真演示
該仿真模型可直觀反映外界刺激力場作用下不同微納結(jié)構(gòu)的隧道節(jié)點分布演變。相比于現(xiàn)有基于實驗評價指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，該模型極大提高了微納結(jié)構(gòu)設(shè)計的評估效率，可準確指導(dǎo)面向不同場景的柔性傳感材料微納結(jié)構(gòu)設(shè)計。
近年來，張新星研究員團隊基于材料形態(tài)結(jié)構(gòu)力場響應(yīng)與功能構(gòu)筑這一學(xué)術(shù)思想，在柔性傳感材料的微納結(jié)構(gòu)設(shè)計及其定構(gòu)加工方面取得系列成果。設(shè)計并制備了乳液組裝隔離結(jié)構(gòu)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)（Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 8795; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1706658; ACS Appl. Mater. Interfaces, DOI:10.1021/acsami.9b06208; J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 578; J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 2139; J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 10730; etc.）、多孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)（Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 6246; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 13657; etc.）、螺旋線結(jié)構(gòu)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)（Chem. Eng. J., 2019, 375, 730; Adv. Mater. Technol., 2019, 4, 1800424; etc.）等多種高性能微納結(jié)構(gòu)柔性力敏傳感材料。
該工作近期在線發(fā)表在材料領(lǐng)域重要期刊《Mater. Horiz.》上，四川大學(xué)高分子研究所，高分子材料工程國家重點實驗室張新星研究員為論文的通訊作者，四川大學(xué)高分子研究所碩士生劉紀澤為第一作者，四川大學(xué)電子信息學(xué)院陶青川副教授和余艷梅副教授參與了仿真模型的建立工作。本研究工作得到國家自然科學(xué)基金（51673121, 51873123）的資助。
論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/mh/c9mh00389d#!divAbstract
