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  近年來，能夠?qū)⑼饨绱碳まD(zhuǎn)化為電信號的柔性傳感器在可穿戴設(shè)備、電子皮膚和軟機器人等人工智能領(lǐng)域展示出了巨大的發(fā)展前景。水凝膠由于其良好的生物相容性，導(dǎo)電性和拉伸性等性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用在離子皮膚等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的水凝膠人工皮膚由于水分子的凍結(jié)，在零度以下不可避免地喪失了自愈性、透明性、導(dǎo)電性和可拉伸性。因此，研究制備出一種既有良好的生物相容性，又能在低溫下保持拉伸性和高電導(dǎo)性的水凝膠具有重要的意義。

圖1. 聚離子液體抗凍水凝膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)

  蘇州大學(xué)嚴(yán)鋒教授課題組最近合成了一種雙性聚離子液體，并用于抗凍水凝膠的制備。由于雙性離子液體單元和水分子間較強的偶極作用，制備的聚離子液體水凝膠在-20 ℃時，依然具有良好的可拉伸性(～900%)、導(dǎo)電性（1.1 S m^-1）以及自修復(fù)性。利用分子動力學(xué)模擬，進一步研究了水分子在低溫下和含雙性離子液體聚合物主鏈間的作用，證實了雙性離子液體對水分子結(jié)晶的抑制作用�；谠撃z，設(shè)計了一種包括電容、電阻和摩擦電傳感的多模式離子皮膚。通過與柔性機械抓手的結(jié)合，檢測了該聚離子液體凝膠在不同環(huán)境下的性能。

圖2. 聚離子液體水凝膠在低溫下的流變、拉伸、電導(dǎo)率和自修復(fù)測試。

電容模式

電阻模式

摩擦電模式

圖3. 基于聚離子液體水凝膠軟體機械手

  在電容模式時，離子皮膚可以利用形變產(chǎn)生的電容的變化來識別壓力；在電阻模式時，利用溫度對離子運動的促進和抑制，感知溫度的升高與降低；在摩擦電模式時，由于不同的材料有不同的摩擦電系數(shù)，因而可以用來區(qū)分材料。

  劉子央(蘇州大學(xué))、王越(University of Illinois at Urbana-Champaign)為該論文共同第一作者。

  論文發(fā)表：Z. Liu, Y. Wang, Y. Ren, G. Jin, C. Zhang, W. Chen, F. Yan*, Poly(ionic liquid) Hydrogel-based Anti-freezing Ionic Skin for Soft Robotic Gripper, Mater. Horiz. 2019, DOI: 10.1039/C9MH01688K.

  https://doi.org/10.1039/C9MH01688K