用于电子皮肤的仿生柔性电子器件由于能够感知各种运动而受到越来越多的关注。然而，智能仿皮肤材料的开发仍然是一个挑战。在此，报道了一种简单有效的方法来制造由聚乙烯醇（PVA）、Ti3C2Tx MXene纳米片和聚吡咯（PPy）（PMP水凝胶）组成的超强韧性、可拉伸和自愈合的导电水凝胶。 MXene纳米片和Fe³⁺作为多功能交联剂和有效的应力传递中心，使PMP水凝胶具有相当高的导电性、超强韧性和超高拉伸性（伸长率高达4300%）。由于动态硼酸酯键的存在，水凝胶还表现出快速自修复和可重复的自粘能力。由PMP水凝胶制成的柔性电容式应变传感器显示出相对广泛的应变传感范围（高达400%），并具有自愈功能。该传感器可以精确监测人体的各种生理信号，包括关节运动、面部表情、脉搏波等。基于 PMP 水凝胶的超级电容器具有约 92.83% 的高电容保持率和约 100% 的库仑效率。
 
Fig 1. a）PMP水凝胶中化学交联位点的制备过程示意图。 b,c) MXene 纳米片的 TEM 和 AFM 图像。 d,e) PMP 水凝胶的 SEM 图像。
 
Fig 2. a) 光学图像显示了 PMP 水凝胶的可成型和柔性特征。 b）PMP水凝胶在人造指关节上的适形性。c) PMP 水凝胶的 pH 响应性能。 d) 光学图像显示 PMP 水凝胶的拉伸性。 e,f) 水凝胶的拉伸应力-应变曲线。g) PMP 水凝胶的 G’ 和 G” 与频率的关系。 h) 在频率为 1.0 Hz 时，随着应变幅值增加至 1000%，G’ 和 G” 的变化（左）以及变形恢复（右）。 i) G’和G”在交替循环应变下在1%和200%振荡应变之间变化。
 
Fig 3. a）PMP水凝胶的自愈能力。 b,c) 具有不同愈合时间的切断 PMP 水凝胶的拉伸应力-应变曲线和 HE。d–f）水凝胶对不同材料表面的粘附性能。 g) 水凝胶对不同材料表面的粘附强度，插入：测试水凝胶粘附力的示意图。
 
Fig 4. a）PMP水凝胶的电导率。 b) PMP水凝胶在拉伸过程中的相对电阻变化和LED亮度变化。 c) PMP水凝胶在循环切割-愈合测试中的电阻变化。 d-f）由连接 LED 灯和 PMP 水凝胶构建的各种电路的照片。 g,h) 演示基于 PMP 水凝胶的触摸屏笔，用于拨打电话号码和绘图。
 
Fig 5. a) 基于 PMP 水凝胶的电容传感器的示意图。 b) PCSS 的相对电容变化作为应变的函数。c) PCSS 与报道的电容式传感器在 GF 和工作范围方面的比较。 d,e) 不同应变和频率下重复加载-卸载试验下的相对电容变化。 f) 循环 0° 至 360° 扭转测试期间的相对电容变化。 g) 100%应变下重复加卸载试验下PCSS的相对电容变化。
     
Fig 6. a-d) 从手指、肘部、膝盖和手腕弯曲的运动中获得的相对电容变化。 e–g) 从喉咙、脸颊鼓起和脉搏收集的相对电容变化。
 
Fig 7. a) 基于 PMP 水凝胶的超级电容器的示意图。 PMPSC 在不同电压窗口下的 CV 曲线，b）100 mV s⁻¹ 的扫描速率和 c）0-0.6 V 电位窗口内的不同扫描速率。d）不同电流密度下的 GCD 曲线。 e) PMPSC 在 2 mA g⁻¹ 电流密度下的循环稳定性，第 1990 至 2000 次循环如插图所示。
 
      相关研究工作由英国诺森比亚大学Ben Bin Xu课题组于2023年在线发表在《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。

转自《石墨烯研究》公众号