自愈合导电有机凝胶复合材料

以下文章来源于液态金属FM ，作者ChenYi

自愈合水凝胶具有在外力破坏下自行修复的性能，在软体机器人等领域有着广泛的应用前景。然而，现有的自愈合水凝胶较低的导电性限制了其在电子器件中的应用，而掺杂固态导电材料往往影响凝胶的机械性能。近日，卡内基梅隆大学Carmel Majidi教授团队通过将液态金属微液滴和银微米片引入到具有自愈合性能的聚乙烯醇-硼酸钠凝胶中，制备了一种具有高导电率（7 × 104 S m−1），低杨氏模量（~20 kPa），高可拉伸性（> 400%），以及机械和电学自愈合性能的有机凝胶复合材料（Ag–LM–PVA）。有机凝胶通过干燥退火处理使得内部的镓基液态金属微液滴以及银微米片形成导电通路，液态金属在保证凝胶低模量的同时提供了电学自愈合性能。此外，通过后续的冻融实现有机凝胶中分子链的缠结，可以有效调节凝胶的机械和流变性能。作者还使用常温下不易挥发的乙二醇作为介质，克服了水凝胶脱水失效的问题。最后，作者展示了这种自愈合有机凝胶在软体机器人、柔性电路以及模块化可重构电极上的应用。相关工作以“A self-healing electrically conductive organogel composite”为题发表在《Nature Electronics》上。

图1. 自愈合导电有机凝胶。a) Ag–LM–PVA复合材料的制备及愈合机制：i) 制备示意图，ii) 干燥退火处理以及iii) 自愈合机理；b) Ashb图突出了Ag–LM–PVA复合材料的高电导率和高自愈合效率的有机结合；c) 可拉伸和自愈合的展示；d) 蜗牛仿生爬行机器人展示复合材料的特性；e) 可重构电路用于驱动玩具车和LED灯；f) 复合材料作为肌电采集电极。

  图2. 复合材料的机械，电学以及自愈合性能。a)复合材料干燥退火处理后在不同冷冻时间下的动态力学分析试验以及b)拉伸试验；c) 复合材料干燥退火后冷冻10min进行的循环拉伸实验；d）PVA–硼砂有机凝胶、Ag–LM–PVA复合材料和Ag–LM-PVA复合材料干燥退火后的电导率比较；e）三个相同的Ag–LM–PVA复合材料样品在干燥退火24小时后电导率的变化以及f) 机电性能；g) 原始和愈合后复合材料的应力-应变曲线，展示了机械自愈合性能；h) 复合材料的电自愈合性能（冷冻时间为10分钟）；i) 自愈合后的机电性能测试。

图3. 自愈合和可重构的Ag–LM–PVA复合材料作为稳定的驱动电路以及EMG测量电极。a) 完全无约束、蜗牛式爬行软体机器人，其中复合材料用于连接致动器和板载电源；b) 连接器在爬行运动过程中断开；c) 机械和电气的自愈合使连接得以恢复，而不受约束的软机器人可以继续爬行；d) 机器人在损伤前、损伤和愈合期间以及愈合后的速度；e) 可重构电路供电的玩具车：机器人首先通过导电复合材料连接到外部电源（左）；然后切割导电复合材料（中间）；导体的一部分用于连接电机和LED灯（右）；f) 导电复合材料用作测量前臂肌电信号的电极；g) 用于测量小腿肌电信号的可重构电极。

文章信息：

Zhao Y, Ohm Y, Liao J, et al. A self-healing electrically conductive organogel composite[J]. Nature Electronics, 2023: 1-10.

DOI:10.1038/s41928-023-00932-0

转自：“i学术i科研”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！