自生长高分子是近年来新起的仿生概念，其主要策略是在已成型聚合物网络体系中实现可聚合单体的二次原位聚合与融合，以此来实现对高分子材料尺寸、形貌、力学、电学等性能的后调控。但目前研究和报道的自生长高分子材料主要集中与均一、单相的聚合物体系的生长研究，营养液形式单一，材料的性能调节具有一定的局限性。
据此，电子科技大学崔家喜教授团队基于前期自生长材料的研究基础，（提出原位聚合-融合自生长概念并在平整表面构筑阵列突触的粗糙表面（Nat. Commun. 11, 963 (2020)；基于自生长策略对聚丙烯酸酯材料的力学、形貌和尺寸进行多维度调控（ACS Appl. Mater. Interfaces 14, 6 (2022), 8473-8481）；基于自生长策略提出了全新的生长自修复策略（J. Mater. Chem. A, 10, 1 (2022), 174-179））,提出了新的正交自生长策略，实现了复合材料尺寸、形貌、电导率、力学等多维度的调节。该方法成功应用于聚丙烯酸羟乙酯-聚苯胺（PHEA-PANI）导电复合水凝胶体系，在基底（丙烯酸羟乙酯单体）与功能（苯胺单体）双营养液以及精心设计的自生长程序的双重作用下，实现了PHEA-PANI水凝胶材料性能的按需调控。该可调节复合导电水凝胶材料成功应用于应变传感器和3D水凝胶电路板。文章以“Orthogonal Growth for Fabricating Hydrogel Sensors and Circuit Boards with In Situ Post-Tunable Performance”为题，在线发表在《Advanced Functional Materials》。
如图1所示，从相同的水凝胶种子出发，基于正交自生长策略可以分别调控复合导电水凝胶材料的尺寸、电导率和形貌。
图1.正交自生长策略。（a）PHEA-PANI导电水凝胶可实现尺寸、形貌和电导率的三维正交调节；（b）正交自生长策略示意图；外观、尺寸和电导率的变化（c）尺寸单轴生长、（d）电导率单轴生长和（e）多种形貌生长。当该PHEA-PANI柔性导电水凝胶制备成应变传感器时，正交自生长策略可以成功调控该水凝胶应变传感器的传感能力，以拓宽该类传感器的应用范围，如图2所示。当手指的弯曲角度和摆动方向发生变化时，该自生长PHEA-PANI水凝胶应变传感器可以通过正交自生长策略改变自身的传感能力，以保证可始终检测手指的不同动作，并均可以获得稳定可靠的电阻信号。
图2. 正交自生长策略调控PHEA-PANI水凝胶应变传感器的传感能力。（a）不同生长的传感器在相同拉伸应变下的不同电阻信号；（b）食指的弯曲运动；（c）食指的摇摆运动；（d）、(e)和（f）正交自生长策略改变传感器的传感能力以满足检测食指的不同运动场景。
该正交自生长策略还可以构筑异质化的材料结构，目前通过印刷、3D打印、包埋等技术难以获得具有统一、无界面及复杂的三维导电水凝胶电路板。正交自生长策略可以实现限域构建导电通路，并结合生长自组装的方法制备3D柔性水凝胶电路板，如图3所示。首先，制备二维的电路板前驱体，后通过基底营养液的生长自组装过程构筑了3D水凝胶电路板。
图3. 基于正交自生长策略制备三维水凝胶电路板。（a）2D水凝胶电路板生长自组装成为3D水凝胶电路板示意图；（b）2D水凝胶电路板前驱体；（c）3D水凝胶电路板示意图；（d）3D水凝胶电路板；（f）依赖3D柔性水凝胶电路板可以点亮LED灯源。电子科技大学基础与前沿研究院崔家喜教授为该论文的通讯作者，博士后方远来为第一作者。
原文链接：Fang, Y., Chang, Q., Xiong, X., Dong, S., Zhang, C., Yang, L., Cui, J., Orthogonal Growth for Fabricating Hydrogel Sensors and Circuit Boards with In Situ Post-Tunable Performance. Adv. Funct. Mater. 2022, 2206222.
https://doi.org/10.1002/adfm.202206222
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