近期，中科院合肥物質(zhì)院固體所高分子與復合材料研究部田興友和張獻研究員團隊聯(lián)合鄭州大學楊艷宇副教授等，利用鎵銦合金（EGaIn）引發(fā)聚合，并作為柔性填料，構(gòu)建了一種可用于人機交互和紅外偽裝的超拉伸、自愈合的LM/PVA/P(AAm-co-SMA)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。相關(guān)結(jié)果以“Self-healing liquid metal hydrogel for human–computer interaction and infrared camouflage”為題發(fā)表在Materials Horizons (Mater. Horiz., 2023, DOI: 10.1039/d3mh00341h)上。      水凝膠是一種具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的軟材料，通過引入離子、導電聚合物和導電填料，可獲得導電水凝膠。但是，由于導電聚合物共軛結(jié)構(gòu)的固有剛性、導電填料與水凝膠基體的不相容性，以及鹽析效應(yīng)，目前大多數(shù)導電水凝膠的機械性能較差，如韌性低、抗拉強度低、自恢復和自愈合性能不理想，大大限制了水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域。

鎵銦合金（EGaIn）作為一種熔點接近或低于室溫的液態(tài)金屬（LM），可以通過超聲波分散制備成EGaIn微球，用作納米填料。與其他剛性納米填料不同，它們可以適應(yīng)聚合物基體的變形，從而有效地增韌聚合物。此外，EGaIn中的鎵（Ga）可以引發(fā)乙烯基單體發(fā)生自由基聚合。Ga3+能夠與羧基、羥基進行配位，形成動態(tài)犧牲鍵，用于耗散能量。因此，鎵基液態(tài)金屬具有改善聚合物基體機械性能的潛力。      鑒于此，研究人員利用鎵銦合金（EGaIn）引發(fā)聚合，同時作為柔性填料，構(gòu)建了一種超拉伸和自愈合的LM/PVA/P(AAm-co-SMA)雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。剛性的PVA微晶網(wǎng)絡(luò)和韌性的P(AAm-co-SMA)疏水網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用，以及聚合物網(wǎng)絡(luò)之間的離子配位和氫鍵（多重物理交聯(lián)），賦予了LM水凝膠優(yōu)異的超拉伸性（2000%）、韌性（3.00 MJ/m3）、抗缺口性和自愈性（室溫24 h愈合效率大于99%）。LM水凝膠表現(xiàn)出敏感的應(yīng)變感應(yīng)行為，可用于人機互動以實現(xiàn)運動識別和健康監(jiān)測。另外由于EGaIn具有良好的光熱效應(yīng)和低紅外發(fā)射率，LM水凝膠在紅外偽裝方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。      合肥物質(zhì)院張獻研究員和鄭州大學楊艷宇副教授為文章的共同通訊作者，碩士生李宵飛為論文第一作者。該研究工作得到國家自然科學基金、合肥物質(zhì)院院長基金的支持。 

論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/mh/d3mh00341h

圖1. 液態(tài)金屬水凝膠的機械性能表征。

圖2. (a) 壓力傳感器的原理圖；(b, c) 在壓力傳感器上寫 "CAS "和 "USTC "時的電阻變化；(d) 人機交互系統(tǒng)的示意圖；(e) 戴著人機交互手套的志愿者打開他的手指，LED屏幕顯示數(shù)字 "5"；(f) LM水凝膠制備的人機交互手套根據(jù)志愿者手指的彎曲情況顯示數(shù)字。