来源：高分子科学前沿
近年来，智能仿生材料研究引起了人们的广泛关注，尤其是对皮肤功能的仿制，发展非常迅速。为了模仿皮肤的感知功能，研究人员已成功利用各种电子元器件和弹性材料开发出电子皮肤等仿生皮肤，它们能对外界刺激产生响应电信号。但这类电子设备是以电子为载体进行的信号传输，不同于生物体中以离子为载体的神经信号传输方式。因此，开发具有生物相容性的仿生离子皮肤成为了又一重要课题。水凝胶以其良好的生物相容性、力学柔韧性以及和环境友好等特点在制备仿生离子皮肤中显示出巨大的优势。目前在电容式离子皮肤的研究中，更多的工作还是对导电层-离子导电水凝胶的设计和制备，而对介电层材料的关注则比较少。
基于此，天津大学封伟教授团队提出设计了一种功能化的有机凝胶充当电容式离子皮肤的介电层，进而获得了全凝胶态的离子皮肤。本项工作是利用长支链的丙烯酸酯作为功能性单体，石蜡油为介质，通过调节单体和交联剂的组分含量制备了一系列具有粘附、自修复等性能的高透明有机凝胶；进一步采用原位聚合的方法，获得了以离子导电水凝胶为导电层，有机凝胶为介电层的全凝胶态电容式离子皮肤。该离子皮肤不仅能够感知压力、拉力等物理刺激，还具有温敏自供能的作用。
此外，这种有机凝胶/水凝胶复合的方式，还赋予了导电层/介电层之间良好的界面结合性能，促进离子皮肤的长期稳定使用，同时有机凝胶的自修复性能也有助于修复遭受剪切破坏的离子皮肤，进而延长其使用寿命。近日相关研究工作以“Highly Transparent, Self-Healable, and Adhesive Organogels for Bio-Inspired Intelligent Ionic Skins” 为题在线发表在ACS applied materials & interfaces上（DOI: 10.1021/acsami.9b22707）。
论文的第一作者为天津大学材料学院博士研究生张志兴，通讯作者为天津大学材料学院封伟教授。图文导读图1 基于有机凝胶/水凝胶复合的离子皮肤示意图
图2 有机凝胶的制备及性能表征
（a）光引发聚合制备有机凝胶；（b）有机凝胶的高透明性；（c-e）有机凝胶粘附性的展示和粘附强度表征；（f-h）自修复性能的展示和流变测试；（i-k）部分有机凝胶样品的压缩循环性能。图3 凝胶态离子皮肤的构筑和性能表征。
（a）压应力下离子皮肤的结构变化示意图；（b）不同样品的压力响应敏感性；（c）样品的电容信号响应与压缩位移的线性关系；（d）样品的温敏性；（e, f）样品在不同压力连续测试下的循环响应以及在相同压力测试下的1000次循环响应；（g）剪切破坏离子皮肤的电学性能自修复。图4 离子皮肤的应用
（a, b）离子皮肤的触觉感知；（c, d）离子皮肤的温敏自供能。该研究的意义在于采用简单的分子设计快捷的制备功能化有机凝胶来充当离子皮肤的介电层，为离子皮肤的研究提供了新视角，同时也促进了完全自修复性离子皮肤的发展。该工作得到国家自然科学基金重点项目（No. 51633007）等项目的资助。
图2 有机凝胶的制备及性能表征（a）光引发聚合制备有机凝胶；（b）有机凝胶的高透明性；（c-e）有机凝胶粘附性的展示和粘附强度表征；（f-h）自修复性能的展示和流变测试；（i-k）部分有机凝胶样品的压缩循环性能。图3 凝胶态离子皮肤的构筑和性能表征。（a）压应力下离子皮肤的结构变化示意图；（b）不同样品的压力响应敏感性；（c）样品的电容信号响应与压缩位移的线性关系；（d）样品的温敏性；（e, f）样品在不同压力连续测试下的循环响应以及在相同压力测试下的1000次循环响应；（g）剪切破坏离子皮肤的电学性能自修复。图4 离子皮肤的应用（a, b）离子皮肤的触觉感知；（c, d）离子皮肤的温敏自供能。该研究的意义在于采用简单的分子设计快捷的制备功能化有机凝胶来充当离子皮肤的介电层，为离子皮肤的研究提供了新视角，同时也促进了完全自修复性离子皮肤的发展。该工作得到国家自然科学基金重点项目（No. 51633007）等项目的资助。全文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.9b22707
来源：Polymer-science 高分子科学前沿
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