鲍哲南院士，再发Science！

自我修复的软电子和机器人设备可以像人的皮肤一样，从损伤中自动恢复。虽然目前的设备使用单一类型的动态聚合物的所有功能层，以确保强大的层间附着力，但这种方法需要手动层对齐。

2023年6月1日，斯坦福大学鲍哲南团队在Science 在线发表题为“Autonomous alignment and healing in multilayer soft lectronics using immiscible dynamic polymers”的研究论文，该研究使用两种不混溶的动态聚合物在多层软电子设备的自我修复过程中实现了自主对齐和愈合。这些动态聚合物表现出弱互穿和粘接界面，其宽度可调。

当多层聚合物薄膜在损伤后错位时，这些结构在愈合过程中自动重新排列，以最大限度地减少界面自由能。总之，该研究制造了带有导电、介电和磁性颗粒的设备，这些设备在损坏后可以自愈，使薄膜压力传感器、磁性组装软机器人和水下电路组装成为可能。

另外，2023年5月18日，斯坦福大学鲍哲南团队在Science 在线发表题为“Neuromorphic sensorimotor loop embodied by monolithically integrated, low-voltage, soft e-skin”的研究论文，该研究通过对材料性能、器件结构和系统架构的合理设计和工程化，开发了一种单片软性假肢电子皮肤(e-skin)。它具有多模态感知、神经形态脉冲序列信号生成和闭环驱动功能。利用三层高介电常数弹性介质，实现了与多晶硅晶体管相当的低亚阈值摆动、低工作电压、低功耗以及可拉伸有机器件的中等规模电路集成复杂性。该电子皮肤模拟了生物感觉运动回路，当施加压力增加的刺激时，固态突触晶体管会引发更强烈的驱动（点击阅读）。

自我修复允许软电子设备从各种形式的损坏中恢复，例如刺穿、划伤和切片，以提高设备的坚固性和使用寿命。先前的工作已经证明了使用一系列动态键的自修复聚合物，如氢键、金属配体配位或动态共价键，这些聚合物通常是绝缘的。因此，为了制造功能电子器件，它们被嵌入导电或介电材料(如颗粒、纳米线、纳米管、薄片、等)以达到所需的整体电性能，同时保留自愈聚合物基体的软机械性能。这些自修复复合材料在修复后不仅可以恢复其原有的机械性能，而且还可以恢复其导电性。

许多自我修复装置已被报道，包括水生皮肤、场效应晶体管、发光电容器、基于电池的传感器和先进的多功能传感平台。随着设备复杂性的增加，需要在具有不同功能的多层之间同时进行自我修复。这一概念被用于集成多个功能组件的电子皮肤，但需要厚厚的层和小心的手动校准，以确保所有层之间的功能自愈。自愈晶体管遇到了类似的问题，由于源极和漏极的不完全对齐，漏极电流几乎降低了一个数量级。

动态聚合物PDMS-HB和PPG-HB的设计和表征（图源自Science ）

自修复设备在损坏后需要手动校准以正确对齐不同的功能组件，这对于薄设备(<~100 mm)是不切实际的。当多层设备的断裂表面重新接触时，即使是稍微不对齐的层也会限制功能恢复。这个问题源于整个设备只使用了一种类型的自修复聚合物。虽然对所有功能组件使用相同的聚合物可以确保强大的层间附着力，但在不同功能组件之间的愈合过程中没有选择性来驱动重新排列。

该研究使用了两种动态聚合物，这两种聚合物具有不相容的骨架但具有相同的动态键，以保持层间粘附，同时在愈合过程中实现自主调整。这些动态聚合物表现出弱互穿和粘接界面，其宽度可调。当多层聚合物薄膜在损伤后错位时，这些结构在愈合过程中自动重新排列，以最大限度地减少界面自由能。该研究制造了带有导电、介电和磁性颗粒的设备，这些设备在损坏后可以自愈，使得薄膜压力传感器、磁性组装软机器人和水下电路组装成为可能。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh0619

转自：“iNature”微信公众号

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