北京大學(xué)翟茂林等團(tuán)隊(duì)研究者們在柔性電子領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，開發(fā)出聚丙烯酸-二乙烯基苯-液態(tài)金屬（PAAD-LM）疏水/靜電雙交聯(lián)水凝膠，以其超拉伸性、自修復(fù)能力、多功能集成三大核心優(yōu)勢，重新定義了柔性電子設(shè)備的邊界。相關(guān)成果以“An ultrastretchable and multifunctional hydrophobic/electrostatic dualcrosslinked hydrogel for self-healing flexible touch panel and sensor”為名發(fā)表于《npj Flexible Electronics》期刊上，為可穿戴設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)測、虛擬現(xiàn)實(shí)等場景提供了顛覆性解決方案。

文章亮點(diǎn)速覽

1. 5257% 超拉伸性：突破傳統(tǒng)水凝膠極限，面應(yīng)變超7000%不斷裂；

2. 智能自修復(fù)：3小時內(nèi)恢復(fù)拉伸性能，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)快速重建；

3. 一鍵切換多功能：同一材料兼容觸摸面板與運(yùn)動傳感器，適配AC/DC雙模式；

4. 抗環(huán)境干擾：抗脫水涂層保障長期穩(wěn)定性，適用于復(fù)雜場景。

研究背景

可穿戴設(shè)備的普及催生了對柔性電子材料的迫切需求。傳統(tǒng)觸摸面板依賴剛性氧化銦錫玻璃，無法適應(yīng)關(guān)節(jié)運(yùn)動或形變場景；現(xiàn)有水凝膠雖柔韌，但普遍存在拉伸性不足（<4000%）、自修復(fù)能力弱、功能單一等缺陷。例如，多數(shù)水凝膠觸摸面板在拉伸后信號失真，且無法同時實(shí)現(xiàn)觸覺感知與運(yùn)動監(jiān)測，限制了其在智能穿戴、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

此外，水凝膠在干燥環(huán)境中易脫水失效，難以滿足長期穿戴需求。開發(fā)兼具力學(xué)魯棒性、環(huán)境適應(yīng)性與多功能集成能力的新型材料，成為突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵。

研究成果

1. 雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)：剛?cè)岵?jì)的力學(xué)奇跡

通過γ 射線輻射一步法，將疏水共價交聯(lián)（DVB/SDS 膠束）與靜電物理交聯(lián)（PAA-M3?）結(jié)合，構(gòu)建雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：

超拉伸性：斷裂伸長率達(dá)5257±170%，面應(yīng)變超7000%，遠(yuǎn)超同類材料（如 PDMA/SiO?/LiCl 水凝膠僅 4000%）；

抗疲勞性：經(jīng)歷 1000 次 400% 拉伸循環(huán)后，性能保持率>95%；

自修復(fù)能力：切割后3小時，斷裂伸長率恢復(fù)至1650%，導(dǎo)電通路重新連接。

2. 液態(tài)金屬賦能：從觸摸到感知的全場景覆蓋

引入液態(tài)金屬（Ga:In=3:1）作為導(dǎo)電填料與物理交聯(lián)節(jié)點(diǎn)：

柔性觸摸面板：1D/2D觸摸定位精度達(dá)0.6 mm，信號延遲<30 ms，可實(shí)現(xiàn)   手寫繪畫、鍵盤輸入及游戲操控；

極端拉伸（3500% 面應(yīng)變）或自修復(fù)后，觸摸功能保持穩(wěn)定。

高靈敏應(yīng)變傳感器：拉伸應(yīng)變系數(shù)（GF）達(dá)13/500%，彎曲靈敏度 0.11%/°， 可監(jiān)測吞咽、VR手勢等細(xì)微動作；

集成至手套后，精準(zhǔn)映射手指運(yùn)動至虛擬環(huán)境，交互延遲<20 ms。

3. 環(huán)境適應(yīng)性：從實(shí)驗(yàn)室到真實(shí)世界

抗脫水設(shè)計(jì)：表面涂覆凡士林后，48小時內(nèi)含水率保持率>90%，導(dǎo)電性能穩(wěn)定；

多功能切換：通過AC/DC信號切換，同一設(shè)備可在 “觸摸模式” 與 “傳感模式” 間無縫轉(zhuǎn)換，適配運(yùn)動健身、智能辦公等多場景。

總結(jié)與展望

PAAD-LM水凝膠以其超拉伸、自修復(fù)、多功能、抗干擾的全維度突破，為柔性電子領(lǐng)域提供了理想基材。短期來看，其在醫(yī)療可穿戴設(shè)備（如關(guān)節(jié)監(jiān)測手環(huán)）、VR交互手套、柔性機(jī)器人皮膚等場景的應(yīng)用已近在咫尺；長期而言，結(jié)合生物可降解材料與AI算法，有望開發(fā)出自供電電子皮膚、智能醫(yī)療貼片等創(chuàng)新產(chǎn)品，推動 “人機(jī)一體化” 向更高階發(fā)展。

這項(xiàng)研究不僅是材料科學(xué)的勝利，更是人機(jī)交互理念的革新 —— 當(dāng)柔性電子能像皮膚一樣感知、修復(fù)與適應(yīng)，未來的智能設(shè)備或?qū)⒄嬲?“無感” 融入生活，重新定義人類與科技的邊界。