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  近年來，可感知非接觸式刺激信號的柔性仿生電子皮膚傳感器件由于其在遠(yuǎn)程安全與健康監(jiān)測、人工假肢以及智能機(jī)器人等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力，受到了越來越多的關(guān)注。然而，現(xiàn)有的非接觸傳感器件由于功能響應(yīng)材料的限制，受限于傳感功能單一和拉伸性能較差的缺點(diǎn)，難以滿足實(shí)際需求。因此，如何開發(fā)可拉伸、高靈敏的非接觸式傳感器件，實(shí)現(xiàn)多功能無線感知仍然是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的研究難點(diǎn)。

  導(dǎo)電高分子具有可溶液加工、結(jié)構(gòu)易調(diào)、離子/電子導(dǎo)電以及多重刺激響應(yīng)能力等優(yōu)勢，使得其成為研發(fā)新一代非接觸式傳感器件的理想材料。但是，其本征脆性結(jié)構(gòu)以及傳感性能較差的劣勢成為其進(jìn)一步無線傳感應(yīng)用的瓶頸。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐航勛教授課題組利用揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝技術(shù)和靜電相互作用，在可拉伸乳膠薄膜中構(gòu)建具有三維隔離結(jié)構(gòu)的PEDOT：PSS導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，成功制備出一種新型可高度拉伸（~340%）導(dǎo)電聚合物薄膜。

圖1. 新型具有三維隔離導(dǎo)電通道可拉伸聚合物薄膜

  這種新型的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料由于其厚度�。▇80 μm）、模量低（~26 MPa），具有與不同材質(zhì)（塑料、葉片、玻璃以及木頭）的凹凸表面共形貼合的能力。制備的聚合物復(fù)合材料由于其獨(dú)特的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對外界刺激信號十分靈敏。薄膜器件的濕度感知性能（1.09%/%RH）、溫度感知性能（0.72%/ oC）均媲美甚至超過目前所報(bào)道的基于無機(jī)材料的高靈敏柔性傳感器件。另外，由于導(dǎo)電高分子獨(dú)特的光熱轉(zhuǎn)換能力，使得該聚合物復(fù)合材料還具備優(yōu)異的近紅外光（808 nm）感知能力。研究人員進(jìn)一步設(shè)計(jì)并演示了此薄膜材料在接近感感知方面的應(yīng)用，其對人手接近的響應(yīng)能力（52%）以及檢測距離（12 cm）均超越了已報(bào)道的接近感傳感器件。在以上各項(xiàng)非接觸式傳感測試中，材料均展現(xiàn)了可靠性、毫秒級的響應(yīng)時(shí)間以及性能可承受大變形（~100%）等優(yōu)秀性能。此外，他們還探究了該復(fù)合聚合物材料具有對人體呼吸監(jiān)測、熱源識別以及手掌動作定位等實(shí)際環(huán)境信號的優(yōu)秀感知能力。

圖2. 新型聚合物傳感器多重刺激感應(yīng)能力

  基于此新型聚合物材料，研究人員還進(jìn)一步集成了溫度與接近感雙重刺激信號感知平臺用于動態(tài)識別溫度和接近感以及非平面空間感知應(yīng)用，極大地?cái)U(kuò)展了非接觸傳感器件的應(yīng)用范圍，為今后設(shè)計(jì)此類軟物質(zhì)功能材料提供新的思路。

圖3. 雙重信號動態(tài)感知集成平臺

  相關(guān)研究成果以Stretchable Polymer Composite with a 3D Segregated Structure of PEDOT:PSS for Multifunctional Touchless Sensing為題發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces.

  全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.9b16353