电子科大崔家喜教授团队《AFM》：材料成型后灵敏度可调的柔性力传感器

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电子皮肤是模仿人类皮肤的触觉能力（热、光、力、湿度等）的柔性电子器件，在软体机器人、假肢、健康检测等领域有着重要的应用。人的皮肤具有四种不同功能的机械感受器来感应外界的力，它们分别是两种慢适应性感受器（SA-I和SA-II）以及两种快适应性感受器（FA-I和FA-II）。这些功能各异的机械感受器使得皮肤在感受机械刺激的时候能够根据力的属性（强弱和频率）可以动态调控其灵敏度，以此达到大范围内的机械刺激。目前，各种各样的灵敏度可调的力学传感器已被广泛报道，但是这些可调力学传感器大多是在材料成型之前通过成分和结构的控制来实现的，材料成型后再根据服役条件的需求调控传感器灵敏度仍然是一个难题。

针对以上问题，崔家喜教授团队利用动态聚合物复合材料特殊的机械性能实现了力学传感器成型后的按需调控。如设计图所示（图1），动态聚合物复合材料在高应变速率下表现出固态性质，在低应变速率下表现出液体性质。在固态性质下，导电聚合物通过可逆打开导电网络来感应外界机械刺激，因而可用作力学传感器；在液态性质下，聚合物网络和导电网络可重组，以此改变材料的灵敏度。

图1.灵敏度和感应范围的调控示意图。

基于此，他们用碳粉/酸催化动态聚二甲基硅氧烷（CB/dPDMS）导电聚合物复合材料来证明灵敏度的成型后可调。他们利用溶剂挥发的方法制备了渗透阈值低的聚合物复合材料（图2）；研究了导电聚合物复合材料中碳粉网络和聚合物网络之间的相互作用关系，以及两种网络对材料灵敏度的影响（图3）；证明了CB/dPDMS聚合物复合材料的固态/液态性质，以及灵敏度的成型后可调（图4）；实现了柔性力传感器的按需调控（图5）。

图2. CB/dPDMS复合材料的结构和性能表征.

图3. CB/dPDMS复合材料的力学和力学感应性能。

图4.机械拉伸调控CB/dPDMS复合材料的灵敏度.

图5.可调CB/dPDMS复合材料的应用.

本工作发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202003533)上，题目为“Self-Healable and Recyclable Tactile Force Sensors with Post-Tunable Sensitivity”。文章第一作者为博士生周小状，论文通讯作者为崔家喜教授。该工作得到了莱布尼茨研究所、德国洪堡基金会以及中国国家留学基金委的支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202003533

作者简介

崔家喜教授，主要研究方向包括动态软材料、响应性高分子、仿生材料、高性能水凝胶、生物材料等领域。以第一作者/通讯作者在 Nature Materials, Nature Communications, Advanced Materials JACS, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Functional Materials, Material Horizons等国际著名期刊发表学术论文 70 多篇，作为主要发明人获得美国专利授权 2 项。编写英文专著（章节）2 部。

崔家喜教授课题组招收具有高分子、有机化学、或材料化学背景的硕士生、博士生和博士后；联系方式：[e-mail];

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