水凝胶“人造皮肤”：可拉伸77倍、可自愈、可3D打印、灵敏度超高

来源：国家科学评论

南京大学物理学院王炜教授和曹毅教授团队在凝胶基质中分散添加表面被多肽覆盖的石墨烯片，设计和制备了具有体相电容结的单层复合水凝胶，可用于构建具备多重传感模式的人造皮肤“SHARK”。该凝胶材料具备出色的拉伸性能，自修复能力和可打印特性，在新一代柔性离子电子器件中有广泛的应用前景。《国家科学评论》（National Science Review, NSR）近期发文报道了该成果。

具有超强延展性的SHARK，可拉伸77倍

这种集超强拉伸性、自修复性和超高机械传感灵敏度于一身的单层水凝胶人造皮肤被命名为“SHARK”（single-layer hydrogel artificial skin）。与传统的三明治电容传感器不同，SHARK可以被认为是由无数分散于凝胶基质中的微纳电容器组成的，这些微纳电容器分散但相互连接，类似于聚合物太阳能电池的结构，也与人体皮肤的传感机制也高度相似。这种独特的层级设计使其具备极大的等效电容面积和超高的传感灵敏度，任何微小的机械刺激都可以很大程度改变其总体电容。

SHARK设计和传感原理

SHARK的微观层级结构

这种材料可以拉伸至7700%的应变并在0-2600%的形变范围内保持线性传感特性，并且可以在受损后迅速自修复，恢复其机械和电学特性。

SHARK的超强拉伸性能和延展性

研究团队还展示了该种材料在手指传感，声波传感和水下传感方面的应用示例，证明了其在不同传感模式和场景下均具备可靠的传感和抗疲劳特性。

同时，由于其快速自修复特性，该种材料还可以直接进行3D打印，应用于复杂的传感芯片制备，打印精度达到200微米。

SHARK的自修复，重塑和3D打印

该项研究的新颖设计能够极大地提高基于水凝胶材料的人造皮肤性能，在下一代可穿戴电子设备方面具有广泛的应用前景。

相关论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwab147