Chem. Mater.：3D打印超高靈敏度仿生離子皮膚

來源：先進功能材料

具有微觀結(jié)構(gòu)互鎖的仿生電子皮膚，可以通過模仿真皮與表皮的連接來感知外部壓力、溫度和其他刺激,，從而在可穿戴電子設備,、軟機器人,、人體生理信號檢測,、輔助醫(yī)學診斷,、人體修復以及其他電子和生物領域中具有廣闊的應用前景。值得注意的是,，受生物啟發(fā)的高靈敏度皮膚可以捕獲微弱的變化,，以收集人工智能（AI）的數(shù)據(jù)，顯示出其他柔性傳感器無法比擬的感知能力,。但是,，對于開發(fā)用于智能人機交互的下一代系統(tǒng)，開發(fā)出在寬壓力范圍內(nèi)輕松快速地制備高度敏感的仿生電子皮膚仍然是一個挑戰(zhàn),。

本文報道了一種可實現(xiàn)寬壓力范圍內(nèi)（0.6 Pa-2 MPa）工作的高靈敏度（348.28 KPa-1）離子皮膚,，該皮膚可利用3D打印可聚合深共熔溶劑（PDES）快速制造（6分鐘）。通過氫鍵供體和受體的絡合制備的可聚合深共晶溶劑（PDES）可以在紫外線下快速聚合,。先前報道的聚（PDES）具有綜合的導電性,、透明性、彈性和自修復特性（即使在寬溫度范圍和有機溶劑極端環(huán)境中）,。這些優(yōu)異的性能使聚（PDES）成為集成柔性導電基板的理想選擇,。PDES的3D光聚合背后的策略，有望基于計算機設計為離子皮膚生產(chǎn)復雜的具有生物啟發(fā)性的結(jié)構(gòu),。接下來,，快速制造和易于學習將離子蒙皮的構(gòu)建過程簡化為一個步驟。此外,，由于雙鍵的斷裂和新共價鍵的形成,，光聚合收縮在受到生物啟發(fā)的皮膚結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的亞微米級突起，從而通過增加接觸面積和彈性空間而提高了靈敏度,。值得注意的是,，具有較大彈性空間的聚（PDES）具有出色的柔韌性，可用于生物啟發(fā)型離子皮膚,，該皮膚可以高靈敏度檢測各種壓力,。這種制造方法將為更靈敏、廣泛使用和耐用的離子皮膚的設計鋪平道路,。

受到人類皮膚表皮層和真皮層之間互鎖結(jié)構(gòu)的啟發(fā),，使用立體光刻（SLA）3D打印機通過“反向序列”逐層工作過程（圖1a）制造了具有生物啟發(fā)性的離子皮膚（BIS）。如圖1b所示,，通過將作為氫鍵受體的氯化膽堿（CCl）與作為氫鍵供體的丙烯酸（AA）混合來制備印刷油墨的PDES單體,。

圖1. BIS的制造示意圖。

（a）BIS的制造過程和受生物啟發(fā)的機制,。

（b）高分子導電網(wǎng)絡聚（PDES）的合成插圖,。

圖2. BIS的結(jié)構(gòu)示意圖和感應機制,。

（a）BIS的光學圖像。

（b）金字塔形BIS的微觀形態(tài),。

（c）使用3D輪廓儀對亞微米結(jié)構(gòu)進行三維表征,。

（d）在PDES聚合過程中，BIS表面亞微米級突起的形成機理,。

（e,，f）當外力作用于生物啟發(fā)的離子皮膚上時，證明單元結(jié)構(gòu)的變形,。

（g–i）在傳感過程中具有不同聚合收縮度的亞微米級結(jié)構(gòu)的有限元分析,。

（j-1）在光引發(fā)劑含量為0.9、0.7和0.5 wt％的情況下,，亞微米級結(jié)構(gòu)的SEM圖像,。

圖3.金字塔型生物啟發(fā)的互鎖離子皮膚（PBIIS）的機械性能。

圖4. PBIIS制造的視覺檢測壓力傳感器,。

圖5.帶有PBIIS的多功能應用,。

DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c04581