可穿戴電子傳感器由于其便攜、靈活和柔性的特點(diǎn)，在可移動(dòng)式健康監(jiān)測(cè)、人機(jī)交互和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。近年來，研究者們致力于開發(fā)各種功能材料和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來制備高性能電子器件。然而，柔性電子器件的適用目標(biāo)表面通常具有拓?fù)湫螒B(tài)、動(dòng)態(tài)變形和潤濕性不同的特征。因此，尤其是在應(yīng)力傳感領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)精確、無噪聲和連續(xù)的信號(hào)監(jiān)測(cè)，柔性電子器件與目標(biāo)基底之間的穩(wěn)定界面接觸和界面粘附發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。然而，以簡(jiǎn)便有效的方式獲得具有良好共形和粘附特性的柔性電子器件仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
自然界的生物為人們提供了增強(qiáng)界面粘附的方法和思路。其中，藤壺等海洋生物在尋找到合適的寄生物體后，會(huì)分泌低交聯(lián)程度的蛋白質(zhì)粘液以潤濕拓?fù)浔砻妫S后經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的固化過程，粘液完全凝結(jié)成凝膠狀層從而增強(qiáng)了粘附作用。這種有趣且巧妙的界面粘附現(xiàn)象激發(fā)研究者們開發(fā)了一種簡(jiǎn)單、高效的方法制造出粘性、超薄、導(dǎo)電和可拉伸的多功能傳感膜。
近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料團(tuán)隊(duì)陳濤研究員、肖鵬副研究員基于在碳基/高分子復(fù)合薄膜的構(gòu)筑及其柔性傳感器方面的研究基礎(chǔ)（Chem. Mater., 2016, 28, 7125； ACS Nano, 2019, 13, 4368; Nano Energy, 2019, 59, 422; Nature Commun., 2020, 11, 4359; Nano Energy, 2021, 81, 105617; Adv. Funct. Mater., 2021, 31, 2105323， Nano-Micro Lett.,2022, 14, 32，Nano-Micro Lett.,2022, 14, 62，Adv. Funct. Mater., 2022, 32, 2201812），受藤壺分泌粘液后凝結(jié)以增強(qiáng)界面粘附的啟發(fā)，與寧波市第一醫(yī)院魏鵬教授合作，開發(fā)了一種具有增強(qiáng)粘附力的仿生界面誘導(dǎo)的共形Janus膜，用于柔性多功能電子產(chǎn)品。
該工作采用界面自組裝方法，首先在水/空氣界面實(shí)現(xiàn)了碳納米管（CNTs）/Ecoflex彈性體復(fù)合薄膜的構(gòu)筑。與藤壺寄生表面的粘附過程一致，界面上的碳納米管/彈性體復(fù)合膜經(jīng)歷了兩步固化過程，其中高柔順性部分固化的Janus膜可以容易地轉(zhuǎn)移到平面或非平面的目標(biāo)表面上，以便最終完全固化并提高附著力。所得導(dǎo)電薄膜在各種拓?fù)涞谋砻嫔媳憩F(xiàn)出增強(qiáng)的粘附性能和良好的柔順性能。基于以上特征集成的應(yīng)變傳感器不僅能以穩(wěn)定和連續(xù)的方式檢測(cè)傳統(tǒng)的單向彎曲變形，而且可以有效地捕捉和區(qū)分由共形特征介導(dǎo)的反向微小變形。更重要的是，優(yōu)于傳統(tǒng)的應(yīng)變傳感器，該應(yīng)變傳感器通過導(dǎo)電層之間的可控接觸機(jī)制，可以高度適應(yīng)分層的紙面進(jìn)行動(dòng)態(tài)折紙監(jiān)測(cè)。此外，受皮膚表面具有復(fù)雜皺紋的象鼻的啟發(fā)，該傳感薄膜可以共形地貼附在人工象鼻表面，對(duì)象鼻運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并精細(xì)區(qū)分象鼻的運(yùn)動(dòng)方向。
該工作以題為“Bioinspired Interface-Guided Conformal Janus Membranes with Enhanced Adhesion for Flexible Multifunctional Electronics”的論文發(fā)表在Chem. Mater., 2022, DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c01008。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（52073295）、浙江之江實(shí)驗(yàn)室開放研究項(xiàng)目（No.2022MG0AB01），國家自然科學(xué)基金委中德交流項(xiàng)目（M-0424）、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（QYZDB-SSWSLH036）、王寬誠國際交叉團(tuán)隊(duì)（GJTD-2019-13）、浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技項(xiàng)目（2021KY279）及寧波公益技術(shù)研究（202002N3182）等項(xiàng)目的資助。
藤壺粘液?jiǎn)l(fā)的粘附增強(qiáng)的共形傳感薄膜及柔性多功能電子
