【儀表網 研發快訊】仿生離子皮膚在可穿戴電子設備、智能醫療和人機交互等領域有著廣泛的應用，然而賦予合成材料與皮膚相似的力學特性和功能，包括靈敏感知力、正交各向異性、非線性力學響應和自愈能力仍然是一項巨大的挑戰。受皮膚組織結構(即交織的剛性膠原纖維嵌入柔軟的彈性蛋白基質中)的啟發，一種可行的方法是將軟基質與剛性骨架復合在一起。然而，由于兩種材料模量和伸長率的差異，復合材料在變形過程中容易發生剝離和分層，從而影響其穩定性和使用壽命。
 

　　在國家自然科學基金委的支持下，化學研究所極端環境高分子材料院重點實驗室黃偉課題組通過直寫3D打印，制備了具有特定結構的剛性骨架，與柔軟的離子凝膠復合后，成功得到一種具有皮膚各項力學特征和功能的仿生離子皮膚。其中，剛性骨架樹脂由巰基單體、丙烯酸酯、堿或堿性可聚合單體催化劑、甲基丙烯酸酯、光引發劑、納米填料組成；離子凝膠樹脂則由丙烯酸酯、離子液體、光引發劑組成。材料制備過程中，首先將具有優異觸變性的光固化樹脂應用于直寫3D打印，制備具有特定結構的剛性骨架。室溫避光條件下，樹脂中的丙烯酸酯單體和巰基單體在堿催化下發生巰基-邁克爾加成反應得到剛性骨架的第一網絡，而甲基丙烯酸酯單體由于電子云密度以及空間位阻較大導致其室溫下未參與反應；之后，在剛性骨架中灌注離子凝膠樹脂，剛性骨架中剩余的甲基丙烯酸酯單體與澆注的離子凝膠樹脂采用光固化的方式進行共固化，得到剛性骨架-離子凝膠復合材料。
 

　　該“軟”“硬”結合的復合材料不但實現了與人體皮膚相似的力學各向異性和非線性力學響應，也通過剛性骨架和離子凝膠樹脂的共固化形成強共價鍵結合，解決骨架材料和基體材料界面結合性能差的問題。此外，由于骨架和基體之間巨大的模量差異所產生的抗裂紋生長能力以及材料的自愈合特性確保了仿生離子皮膚的抗疲勞和長期穩定性。
 

　　該工作以“Bionic Artificial Skin Based on Self-Healable Ionogel Composites with Tailored Mechanics and Robust Interfaces”為題發表在《Advanced Materials》上(https://doi.org/10.1002/adma.202405776)。文章第一作者是博士生張曼雯，通訊作者是化學所黃偉研究員和于然副研究員。