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在過去的幾十年里，柔性傳感器被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療監(jiān)測、機(jī)器人、人機(jī)交互等領(lǐng)域。然而，在使用過程中，傳感器不可避免地會受到機(jī)械損傷，導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂紋、劃傷甚至斷開。這些結(jié)構(gòu)損傷可能導(dǎo)致傳感器失去其正常的功能。因此，開發(fā)自愈合柔性可穿戴傳感器對保持其穩(wěn)定性和功能具有重要意義。

近期，青島科技大學(xué)的劉月濤教授在國際知名學(xué)術(shù)期刊ACS Applied Materials & Interfaces上發(fā)表一篇題目為：Self-Healing Ti3C2?MXene/PDMS Supramolecular Elastomers Based on Small Biomolecules Modification for Wearable Sensors的研究論文，報(bào)道了一種基于生物分子間相互作用的自愈合Ti3C2?MXene/PDMS超分子彈性體，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、穩(wěn)定性和電靈敏度，并探索其在可穿戴傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。以百合科植物D-天冬酰胺為原料，通過羧基和羥基酯化修飾MXenes。同時(shí)，利用席夫堿反應(yīng)將林草科植物中的3,4-二羥基苯甲醛通過亞胺鍵接枝到帶氨基的PDMS大分子上。A-MXene/D-PDMS彈性體斷裂后在氫鍵和亞胺鍵的作用下能在室溫下自愈合。修復(fù)后，機(jī)械和電氣性能幾乎完全恢復(fù)。由于A-MXenes在聚合物體系中均勻分散，該復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性和對應(yīng)力狀態(tài)變化的敏感性。即使是修復(fù)后的材料也能成功監(jiān)測人體肌肉的大運(yùn)動和細(xì)微運(yùn)動。因此，基于生物分子修飾的自愈合導(dǎo)電復(fù)合材料可以作為一個(gè)可靠的平臺，在運(yùn)動監(jiān)測和語音識別領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。

圖1.?A-MXene/D-PDMS彈性體的主要制備工藝及A-MXene與D-PDMS之間的相互作用。

圖2.?材料物理表征。

圖3.斷裂愈合前后機(jī)械性能表征。

圖4.斷裂愈合前后電氣性能表征。

圖5.斷裂愈合前后人體活動監(jiān)測。

? ?? 綜上所述，本研究基于生物分子間的相互作用，設(shè)計(jì)了一種自愈合的Ti3C2?MXene/PDMS超分子彈性體。通過酯化改性MXenes，通過席夫堿反應(yīng)接枝PDMS。A-MXenes和D-PDMS超分子可以與氫鍵相互作用結(jié)合。導(dǎo)電復(fù)合材料在室溫下表現(xiàn)出良好的拉伸性能和自愈合能力。修復(fù)24h后，10wt % A-MXenes/D-PDMS的拉伸強(qiáng)度和電導(dǎo)率分別恢復(fù)到98.4和97.6%。導(dǎo)電復(fù)合材料對張力表現(xiàn)出線性和敏感的響應(yīng)。此外，它還可以檢測人體各種關(guān)節(jié)和肌肉的活動，在可穿戴傳感設(shè)備中顯示出巨大的潛力。此外，本文MXene/PDMS復(fù)合體系的創(chuàng)新制備方法對未來自愈合導(dǎo)電彈性體的設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

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