材料资讯：南大研发单层水凝胶人工皮肤：77倍的超高拉伸率、低于1分钟的自愈能力_奇材进展

材料资讯：南大研发单层水凝胶人工皮肤：77倍的超高拉伸率、低于1分钟的自愈能力
奇材馆 / 2022-07-02 阅读次数：93

南京大学物理系的教授们开发了一种名为“SHARK”的单层水凝胶人工皮肤，其具有高伸展性、自愈合及超敏感的机械感应功能。

水凝胶这种材料极具潜力，可用于制造类似皮肤的机械传感器。基于水凝胶设计的人造皮肤，需要在两层水凝胶层间添加一层电介质，从而实现电容感应。

但是，这种平面结构限制了敏感度、伸展性和自愈性。水凝胶与弹性体的力学性质不匹配，常常导致在多个应变周期中出现分层现象。因此要让水凝胶与弹性体同步自愈，使水凝胶人工皮肤的功能完全恢复，几乎不可能。尽管已取得重大进展，但实现具有高度可伸缩性、自愈性的水凝胶机械传感器还需要新颖的设计概念。

在本研究中，该团队首次提出了以具有体电容结的单层复合水凝胶作为机械传感器的设计思路，将介电肽涂层石墨烯（PCG）作为电双层，在水凝胶中均匀分散。整个系统可以看作是由多个微型电容器经过串并联形成的大容量电容器结。

“SHARK” 的等效电双层面积与常见的平面型水凝胶传感器相比更大，灵敏度也更高。任何改变水凝胶内PCG微观分布的机械运动，都会使其整体电容发生巨大变化。微型电容器分散在SHARK凝胶基体内，形成一种与人体皮肤分布类似但相互连接的机械传感器。

SHARK还具有良好的机械、电气性能。水凝胶网与石墨烯之间强大而灵活的界面相互作用，使得这种人工皮肤可被拉伸至原来长度的77倍，并且不到一分钟就能完全自我修复其机械和电气特性。

水凝胶人工皮肤灵敏度很高，经测试其应变感应系数为1.39，能在空气和水环境下有效地感应应力和应变。除此以外，这种水凝胶支持重塑和打印，这使得构建基于SHARK的传感器芯片十分方便。

鉴于SHARK优秀的机械、电气和自我修复特性，研究者们预计在下一代柔性离子电子领域，这种新型电容性水凝胶传感器会拥有广阔的应用场景。

该论文发表在《国家科学评论》上，题为《可拉伸自修复水凝胶人工皮肤》。