可穿戴力敏传感材料（Wearable Force Sensitive Sensing Materials, WFSM）是指拥有自由变形能力、可实现人体不同部位穿戴，且能快速感应外界应力（包括压力、拉力、剪切力、扭曲力等），并将其以电信号的形式收集、记录的一种柔性导电复合材料。目前WFSM的研究仍处于初步阶段，将其应用于可穿戴时，存在以下挑战：（1）大多数基体与人体皮肤的杨氏模量并不匹配，实际使用时穿戴不适；（2）其平整的表面与皮肤的相对粗糙表面贴合性较差，减弱了传感材料对力与形变的感知；（3）一般无自粘附性，需要额外固定装备辅助其固定，如应用于手指穿戴时易出现明显的脱落问题。因此，制备具有高度皮肤柔顺性的柔软（类皮肤模量）、能自粘附的柔性基体，对于高性能电子材料的制备与应用具有很重要意义。
 
针对上述问题，华南理工大学刘岚教授与康涅狄格大学孙陆逸教授课题组合作，开发出一种低模量、自粘附PVA/PDA-Fe3+的柔性基底，并研究了其应用在力敏传感和驱动材料时的机理及性能。文章发表在最新一期的Chemistry of Materials上，第一作者为华南理工大学材料学院陈松博士。
该研究受贻贝粘附蛋白的启发，通过原位聚合和离子配位作用开发了模量可调、可拉伸、且兼具高粘附能力的聚多巴胺（PDA）/聚乙烯醇（PVA）-Fe3+ 的柔性基体。通过调节PDA与PVA的比例，制备的柔性基体具有极高的粘附性；同时，基于Fe3+的吸水性，通过调节Fe3+的添加量可有效调控基体的杨氏模量（1.5 GPa 调整到0.01 MPa）。将其应用于WFSM中表现出具有高度的皮肤贴合性、适应性以及皮肤粘附性，实现了优异的可穿戴性（图2）。进一步配合AgNPs网络在拉伸下出现的微裂纹，制备的WFSM在20%拉伸下灵敏度高达2012，可成功应用于人体各部位的穿戴与传感研究（图3）。  
在应用方面，本研究以PDA/PVA-Fe3+为粘结界面，结合双向拉伸聚丙烯（BOPP）层和纸层，制备出具有自锁定功能的新型刺激驱动材料，对热、NIR光和电压都表现出很好的响应。由于湿膨胀效应和模量可调的特性，该驱动材料可以在去除刺激后实现自锁定；并通过施加湿气解锁，在低能耗软体机器人和软体抓取装置中显示出较高的应用潜力（图4）。
 

来源：高分子科技