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  柔性電子器件受到的關(guān)注日漸增長，并廣泛應(yīng)用于傳感器、軟體機(jī)器人、觸摸屏、仿生皮膚以及能量采集器等諸多領(lǐng)域。近幾十年來，研究者們通過將柔性基底材料與導(dǎo)電介質(zhì)相結(jié)合，成功制備出一系列具有代表性的柔性電子器件。除了柔性和可拉伸性的基本要求，人們還在實(shí)際應(yīng)用中對柔性電子器件提出了諸如抗膨脹性、透明性和耐久性等要求。然而，要在保證功能性的前提下兼顧上述性能并非易事。導(dǎo)電水凝膠作為一種新型的柔性材料，由于其出色的柔性、良好的導(dǎo)電性以及可調(diào)的力學(xué)性能而成為世界性的熱門材料。再生能源和環(huán)境友好材料是21世紀(jì)科技發(fā)展的主題，纖維素作為含量最為豐富的天然高分子，被視為傳統(tǒng)石油基材料的潛在替代資源，并被廣泛用于各類領(lǐng)域。然而，由于纖維素分子鏈間的強(qiáng)相互作用和固有的鏈剛性，應(yīng)用于柔性電子器件的高彈性纖維素水凝膠很少見諸報(bào)道。

  在先前的研究基礎(chǔ)上，武漢大學(xué)天然高分子實(shí)驗(yàn)室呂昂副教授團(tuán)隊(duì)通過將具有柔順鏈的聚乙烯醇（PVA）引入纖維素導(dǎo)電水凝膠中，在提高纖維素導(dǎo)電水凝膠拉伸性（斷裂伸長率達(dá)747 %）的同時，保持了水凝膠的離子導(dǎo)電性和高透明性（550 nm光波透過率超過80 %）

圖1. （a）纖維素/PVA復(fù)合導(dǎo)電水凝膠的高透明性和（b）高拉伸性。

  經(jīng)過簡單的組裝，分別由纖維素/PVA復(fù)合導(dǎo)電水凝膠（CPH）制備得到溫敏、壓敏和拉伸傳感器。CPH溫敏傳感器的電阻溫度系數(shù)為-0.03 ℃^?1，其在0~64.0 ℃的溫度范圍內(nèi)顯示出了快速、可靠和可逆的電阻響應(yīng)，并且無滯后現(xiàn)象。CPH壓敏傳感器的相對電容也隨著壓力的增減而同步變化到響應(yīng)水平，且無任何滯后或衰減。CPH拉伸傳感器的相對電阻隨拉伸應(yīng)變呈線性變化，應(yīng)變靈敏度系數(shù)為1.04；在500 %的拉伸應(yīng)變范圍內(nèi)表現(xiàn)出高度可靠性和電阻變化的可逆性；在檢測不同關(guān)節(jié)屈伸時能同步示出相應(yīng)的幅度變化并在動作結(jié)束后回到初始值，且無噪音信號、滯后現(xiàn)象或永久形變。

圖2. 基于CPH的溫敏、壓敏和拉伸傳感器性能。

  此外，通過CPH組裝得到的柔性納米摩擦發(fā)電機(jī)（CPH-TENG）作為能量采集器件，可在不同的拉伸條件下和較寬溫度范圍內(nèi)使用，并體現(xiàn)出易存儲性和耐用性。CPH-TENG還可用作觸覺傳感器，其最低檢出限不高于0.0147 kPa。本章工作拓展了纖維素基材料在柔性可穿戴電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖3. （a）CPH-TENG工作時可令LED小燈泡閃亮，（b）CPH-TENG的輸出信號對觸碰壓力具有敏感性，可用作微小壓力探測器，（c和d）CPH-TENG在原長及不同拉伸倍率下的開路電壓及回復(fù)性。

  以上相關(guān)成果由在Journal of Materials Chemistry A接收（DOI: 10.1039/d0ta02010a）。論文的第一作者為武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院博士生王洋，通訊作者為呂昂副教授。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/d0ta02010a#!divAbstract