用于電子皮膚的仿生柔性電子器件由于能夠感知各種運動而受到越來越多的關注。然而，智能仿皮膚材料的開發仍然是一個挑戰。在此，報道了一種簡單有效的方法來制造由聚乙烯醇（PVA）、Ti3C2Tx MXene納米片和聚吡咯（PPy）（PMP水凝膠）組成的超強韌性、可拉伸和自愈合的導電水凝膠。 MXene納米片和Fe
3+作為多功能交聯劑和有效的應力傳遞中心，使PMP水凝膠具有相當高的導電性、超強韌性和超高拉伸性（伸長率高達4300%）。由于動態硼酸酯鍵的存在，水凝膠還表現出快速自修復和可重復的自粘能力。由PMP水凝膠制成的柔性電容式應變傳感器顯示出相對廣泛的應變傳感范圍（高達400%），并具有自愈功能。該傳感器可以精確監測人體的各種生理信號，包括關節運動、面部表情、脈搏波等。基于 PMP 水凝膠的超級電容器具有約 92.83% 的高電容保持率和約 100% 的庫侖效率。
Fig 1. a）PMP水凝膠中化學交聯位點的制備過程示意圖。 b,c) MXene 納米片的 TEM 和 AFM 圖像。 d,e) PMP 水凝膠的 SEM 圖像。
Fig 2. a) 光學圖像顯示了 PMP 水凝膠的可成型和柔性特征。 b）PMP水凝膠在人造指關節上的適形性。c) PMP 水凝膠的 pH 響應性能。 d) 光學圖像顯示 PMP 水凝膠的拉伸性。 e,f) 水凝膠的拉伸應力-應變曲線。g) PMP 水凝膠的 G’ 和 G” 與頻率的關系。 h) 在頻率為 1.0 Hz 時，隨著應變幅值增加至 1000%，G’ 和 G” 的變化（左）以及變形恢復（右）。 i) G’和G”在交替循環應變下在1%和200%振蕩應變之間變化。
Fig 3. a）PMP水凝膠的自愈能力。 b,c) 具有不同愈合時間的切斷 PMP 水凝膠的拉伸應力-應變曲線和 HE。d–f）水凝膠對不同材料表面的粘附性能。 g) 水凝膠對不同材料表面的粘附強度，插入：測試水凝膠粘附力的示意圖。
Fig 4. a）PMP水凝膠的電導率。 b) PMP水凝膠在拉伸過程中的相對電阻變化和LED亮度變化。 c) PMP水凝膠在循環切割-愈合測試中的電阻變化。 d-f）由連接 LED 燈和 PMP 水凝膠構建的各種電路的照片。 g,h) 演示基于 PMP 水凝膠的觸摸屏筆，用于撥打電話號碼和繪圖。
Fig 5. a) 基于 PMP 水凝膠的電容傳感器的示意圖。 b) PCSS 的相對電容變化作為應變的函數。c) PCSS 與報道的電容式傳感器在 GF 和工作范圍方面的比較。 d,e) 不同應變和頻率下重復加載-卸載試驗下的相對電容變化。 f) 循環 0° 至 360° 扭轉測試期間的相對電容變化。 g) 100%應變下重復加卸載試驗下PCSS的相對電容變化。
Fig 6. a-d) 從手指、肘部、膝蓋和手腕彎曲的運動中獲得的相對電容變化。 e–g) 從喉嚨、臉頰鼓起和脈搏收集的相對電容變化。
Fig 7. a) 基于 PMP 水凝膠的超級電容器的示意圖。 PMPSC 在不同電壓窗口下的 CV 曲線，b）100 mV s
−1 的掃描速率和 c）0-0.6 V 電位窗口內的不同掃描速率。d）不同電流密度下的 GCD 曲線。 e) PMPSC 在 2 mA g
−1 電流密度下的循環穩定性，第 1990 至 2000 次循環如插圖所示。
相關研究工作由英國諾森比亞大學Ben Bin Xu課題組于2023年在線發表在《Small》期刊上，A Simple and Effective Physical Ball-Milling Strategy to Prepare Super-Tough and Stretchable PVA@MXene@PPy Hydrogel for Flexible Capacitive Electronics，原文：
https://doi.org/10.1002/smll.202303038。
轉自《石墨烯研究》公眾號
