水凝胶因具有可调节的机械和电气性能，被认为是一种有前景的人机交互界面材料。然而，制备同时具备超柔软性、良好的机械鲁棒性和高灵敏度的水凝胶用作可穿戴传感器仍然是一个巨大的挑战。
为了解决这一问题，研究院陈强研究员团队联合西北工业大学黄维院士团队和南京工业大学孙庚志教授团队利用相变诱导发泡策略开发了具有高变形性和抗裂纹扩展的超软梯度水凝胶泡沫，并将其用作超灵敏的共型人机交互界面。
本研究详细探讨了梯度水凝胶泡沫形成的机理，其中体系粘度、大气压和聚合速度是影响梯度水凝胶泡沫形成的关键参数。通过控制发泡比来调整孔隙大小，可以同时提高水凝胶泡沫的柔软性、抗裂纹扩展和机械稳定性。水凝胶泡沫的杨氏模量从15.36 kPa降低到1.68 kPa，断裂伸长率从961%增加到1411%，断裂韧性从698.4 J/m2 提高到915.6 J/m2，应变和压力传感器的灵敏度分别为21.77和65.23 kPa-1。作为概念演示，水凝胶传感器可用于监测面部表情、检测声带振动、编码莫尔斯电码、识别操作员的指令；在第一视角眼镜的辅助下，可远程控制手术机器人进行内窥镜检查和巡航船巡航。该工作提出的策略为构建共型性超软人机界面提供了新思路并在远程操作机器人、智能医疗服务和产业升级中具有潜在的应用前景。
图. 超软水凝胶泡沫的形成机理及其在人机交互领域的应用
该研究以题为Gradiently Foaming Ultrasoft Hydrogel with Stop Holes for Highly Deformable, Crack-Resistant and Sensitive Conformal Human-Machine Interfaces的论文发表在最新一期《Advanced Materials》上。
本文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202314163
来源：国科温州研究院
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