导读：本文得到了一种可伸缩、可粘合、可自修复、可导电的双信号柔性电子结构彩色薄膜，具有很大的应用潜力。
柔性电子设备在各种应用中发挥着不可忽视的作用，如健康监控、感觉皮肤、可植入设备等。柔性电子材料的研究已取得了很大进展，其中水凝胶由于其生物相容性、柔性和类人体组织的力学性能等优点而被认为是一种很有吸引力的材料。将碳纳米管(CNTs)、石墨烯、金属纳米线和导电聚合物等导电填料集成在一起，可以提高这些水凝胶的电性能。此外，为了更好地适应皮肤与器件之间的相互作用，有时还需加入了天然或合成的粘合剂，使得这些导电水凝胶一定的粘附性。
然而，尽管在这方面已经取得了许多进展，但由于水凝胶脆弱易碎的性质，其在稳定性方面仍面临着巨大的挑战。此外，柔性电子设备中的大多数水凝胶都是单一电信号输入或输出，这在复杂的生物环境中有可能是不可靠的。因此，对于柔性电子产品来说，开发具有良好附着力、自愈合能力以及双信号特性的稳定水凝胶仍是广受期待的。
针对上述问题，南京大学赵远锦教授团队开发出了一种可伸缩、可粘合、可自修复、可导电的双信号柔性电子结构彩色薄膜，并将其应用于柔性电子器件。此文近日以“Bio-Inspired Stretchable, Adhesive, and Conductive Structural Color Film for Visually Flexible Electronics”为题，发表在国际知名期刊《ADVANCED FUNCTINAL MATERIALS》上。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202000151
作者从贻贝的粘附特性和变色龙的变色机理中得到启发，制备了一种新型的碳纳米管聚多巴胺(PDA)和弹性聚氨酯(PU)聚合物混合结构彩色薄膜。其中PDA因其与贻贝分泌的黏附蛋白结构相似，使得与PDA结合的材料具有良好的附着力和自愈合性能。此外，变色龙能够根据环境迅速改变其皮肤颜色，这是由于非紧密排列的鸟嘌呤纳米晶体晶格的光子响应。模拟这一现象，许多具有胶态晶体结构或反蛋白石结构的响应性彩色结构材料可以被开发并应用于各种传感器中。因此，作者通过将导电的CNTs-PDA填料引入弹性PU反蛋白石结构的骨架中，制备得到具有应用于视觉柔性电子器件所需特性的复合薄膜。
由于PU层具有优良的柔韧性和反蛋白石结构，所制得的膜具有稳定的延展性和亮丽的结构色彩。同时，由于PDA上的邻苯二酚基团，使膜具有较高的组织粘附性和自愈合能力，而CNTs的引入使膜具有良好的导电性能。更引人注目的是，薄膜在拉伸过程中具有交互的变色和机电特性，可作为双信号软人体运动传感器，用于实时的色感和电信号监测。
图1. 仿生可拉伸、粘性、导电结构彩色薄膜柔性电子示意图。
图2. 复合薄膜的设计与微观结构。
图3. 复合薄膜的电导率和显色性能图。
图4. 复合薄膜的附着力和自愈合性能图。
图5. 图案自愈合混合结构彩色薄膜。
图6. 各种实时人体运动时的电导率响应。
综上所述，作者受到自然生物的启发，通过将CNTs-PDA填料集成到PU反蛋白石骨架中，开发了一种新型弹性聚合物-导电水凝胶混合结构彩色薄膜。它的各种特性使得基于生物凝胶的电子器件在柔性电子器件领域具有很大的潜力。(文：天航)
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