近年來，智能仿生材料研究引起了人們的廣泛關注，尤其是對皮膚功能的仿製，發展非常迅速。為了模仿皮膚的感知功能，研究人員已成功利用各種電子元器件和彈性材料開發出電子皮膚等仿生皮膚，它們能對外界刺激產生響應電信號。但這類電子設備是以電子為載體進行的信號傳輸，不同於生物體中以離子為載體的神經信號傳輸方式。因此，開發具有生物相容性的仿生離子皮膚成為了又一重要課題。水凝膠以其良好的生物相容性、力學柔韌性以及和環境友好等特點在製備仿生離子皮膚中顯示出巨大的優勢。目前在電容式離子皮膚的研究中，更多的工作還是對導電層-離子導電水凝膠的設計和製備，而對介電層材料的關注則比較少。
基於此，天津大學封偉教授團隊提出設計了一種功能化的有機凝膠充當電容式離子皮膚的介電層，進而獲得了全凝膠態的離子皮膚。本項工作是利用長支鏈的丙烯酸酯作為功能性單體，石蠟油為介質，通過調節單體和交聯劑的組分含量製備了一系列具有粘附、自修復等性能的高透明有機凝膠；進一步採用原位聚合的方法，獲得了以離子導電水凝膠為導電層，有機凝膠為介電層的全凝膠態電容式離子皮膚。該離子皮膚不僅能夠感知壓力、拉力等物理刺激，還具有溫敏自供能的作用。此外，這種有機凝膠/水凝膠複合的方式，還賦予了導電層/介電層之間良好的界面結合性能，促進離子皮膚的長期穩定使用，同時有機凝膠的自修復性能也有助於修復遭受剪切破壞的離子皮膚，進而延長其使用壽命。近日相關研究工作以“
Highly Transparent, Self-Healable, and Adhesive Organogels for Bio-Inspired Intelligent Ionic Skins” 為題在線發表在ACS applied materials & interfaces上（DOI: 10.1021/acsami.9b22707）。論文的第一作者為天津大學材料學院博士研究生張志興，通訊作者為天津大學材料學院封偉教授。圖文導讀圖1 基於有機凝膠/水凝膠複合的離子皮膚示意圖 圖2 有機凝膠的製備及性能表徵
（a）光引發聚合製備有機凝膠；（b）有機凝膠的高透明性；（c-e）有機凝膠粘附性的展示和粘附強度表徵；（f-h）自修復性能的展示和流變測試；（i-k）部分有機凝膠樣品的壓縮循環性能。
圖3 凝膠態離子皮膚的構築和性能表徵。
（a）壓應力下離子皮膚的結構變化示意圖；（b）不同樣品的壓力響應敏感性；（c）樣品的電容信號響應與壓縮位移的線性關係；（d）樣品的溫敏性；（e, f）樣品在不同壓力連續測試下的循環響應以及在相同壓力測試下的1000次循環響應；（g）剪切破壞離子皮膚的電學性能自修復。
圖4 離子皮膚的應用
（a, b）離子皮膚的觸覺感知；（c, d）離子皮膚的溫敏自供能。
該研究的意義在於採用簡單的分子設計快捷的製備功能化有機凝膠來充當離子皮膚的介電層，為離子皮膚的研究提供了新視角，同時也促進了完全自修復性離子皮膚的發展。
該工作得到國家自然科學基金重點項目（No. 51633007）等項目的資助。
https://doi.org/10.1021/acsami.9b22707
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