高灵敏度、自供电且超可拉伸的两栖离子凝胶人工皮肤

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摘要:
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本研究以可聚合离子液体（PIL）、导电离子液体（IL）与碳化钛（Ti3C2Tx-MXene）为核心原料，制备出一种多功能两栖离子凝胶皮肤（AIGS）。得益于离子-偶极相互作用、氢键等非共价相互作用，所制备的柔性AIGS材料在力学性能上展现了高延展性（3541.72%）、自修复性和强粘附力（156.25 kPa）。在电学性能上，其具有宽传感范围（2%‒400%）、高传感灵敏度（应变系数（GF）最高达6.06）以及稳定的传感性能（应变后仍保持良好的可靠性和稳定性）。研究发现，AIGS具有优异的摩擦电性能，以其作为柔性电极构建单电极摩擦纳米发电机（SE-TENG），可实现优异的输出性能（开路电压约300 V、短路电流172 nA、转移电荷34 nC），该器件可驱动商用便携式电子设备，并能识别不同的人体动作。此外，基于AIGS的可穿戴应变传感器可可靠检测人体运动，包括手指弯曲、肘关节屈伸等大幅肢体动作，以及皱眉、吞咽等细微肌肉动作。同时，基于AIGS在两栖环境中的应用特性，可同步实现多项功能：在水生环境中，AIGS结合机器学习可实现呼吸类型的智能识别；在水下环境中，结合摩尔斯电码可传递简单信息；在两栖环境中可实现运动监测，充分展现了其在多种场景中的潜在应用可行性。