应变传感器作为可穿戴/可拉伸电子产品的关键组件，通常表现出大应变 (>100%) 和高灵敏度 (应变系数 > 10) 之间的内在冲突。最近，科研人员报告了通过创建一个高导电性的聚苯胺 (PANi) 薄层渗透到聚丙烯酸甲酯有机凝胶的外表面来解决这种权衡的解决方案。高度坚固的导电有机凝胶可以通过易碎的 PANi 和弹性聚丙烯酸酯混合层之间的不匹配实现高应变系数和大应变。
在 2000% 的整个应变范围内的高应变系数使其能够实现从人体脉冲到大规模变形的广泛传感范围。无水导电有机凝胶提供纯电子导电性，并允许在极端条件下工作，这是典型的导电水凝胶无法承受的。这些优点使传感器对细微运动（脉冲检测的电阻变化为 8%）和大应变（应变为 460% 时应变系数为 376）均具有高灵敏度。这种导电有机凝胶在恶劣的操作条件下也表现出极大的可持续性，正如基于它的介电弹性体致动器所证明的那样，能够在 -12°C 下产生 15.7 毫米（总长度的 46%）的水平位移，作为替代品对于传统的水凝胶作为电极。
图 1. (a) 基于聚丙烯酸酯基质异常溶胀过程制备导电有机凝胶的示意图。（b-d）（b）外部聚苯胺顶层表面，（c）内部聚丙烯酸酯基质和（d）聚苯胺层（上层）/聚丙烯酸酯基质界面的SEM图像。(e)作为前体中苯胺重量百分比的函数的导电有机凝胶的薄层电阻。(f) 聚（丙烯酸甲酯）-共（丙烯酸丁酯）导电有机凝胶的应力-应变曲线作为前体中丙烯酸甲酯摩尔比的函数。
图 2. 在 (a) 26 °C 张力（上）和扭曲（下）下，（b）-22 °C 张力（上）和扭曲（下）下，在 LED 电路中工作的导电有机凝胶的照片，以及 (c) -22 °C 封装在冰中。(d)导电聚丙烯酸酯有机凝胶和典型离子 PVA 水凝胶的电阻百分比随温度的变化。(e)重量百分比vs。
图 3. (a) 作为聚苯胺层在显着应变下的导电机制的隧道传导模型的示意图。(b) (b1) 0% 和 (b2) 100% 应变下表面形态的 SEM 表征。(c, d) 在 (c) 25 °C 和 (d) -12 °C 下作为应变函数的电阻百分比（红色）和相应的对数图（蓝色）。(e-h) 基于导电有机凝胶的人体运动传感器。在颈部动脉处检测 (e) 脉搏和 (f) 人声。随着弯曲角度的增加和（h）在固定角度下重复检测手指弯曲（g）。
图 4. (a) 介电弹性体弯曲致动器的图形结构。(b) DEA 底部随时间的位移。(c) DEA 底部的位移作为分别在 25 °C 和 -12 °C 下施加电压的函数。(d) 在 25°C（顶部）和 -12°C（底部）下弯曲 DEA 运动的真实照片，对应于面板 c 在 6800 至 8200 V 的施加电压下，恒定间隔为 200 V。
相关论文以题为Ultrastretchable Polyaniline-Based Conductive Organogel with High Strain Sensitivity发表在《ACS Materials Letters》上。通讯作者是加州大学洛杉矶分校贺曦敏助理教授，和中科院化学所贺志远副研究员。
参考文献：
doi.org/10.1021/acsmaterialslett.1c00368
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