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  導電彈性體（Conductive elastomers, CEs）廣泛應用于傳感器、柔性電極、可穿戴設備等各種柔性可拉伸電子器件，推動人類社會的智能化發展。但由于彈性聚合物通常是由線性高分子鏈交聯形成的三維網絡結構，力學強度高的材料往往伸長率較低，故難以兼顧力學強度和拉伸性能。此外，大多數CEs存在不透明、無法本征導電或制備復雜等問題，限制了CEs的實際應用。

  為解決上述問題，華南理工大學何明輝副研究員在前期開發的可聚合低共熔溶劑（polymerizable deep eutectic solvent, PDES）透明導電材料的基礎上（J. Mater. Chem. C, 2017, 5, 8475; Chem. Commun., 2018, 54, 2304; ACS Appl. Mater. Inter., 2019, 11, 14313; Chem. Commun., 2020, 56, 2771; Chem. Mater., 2020, 32, 874; J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 5056.），設計了高氫鍵結合強度的PDES單體，氫鍵受體為四甲基氯化銨，氫鍵供體為丙烯酸，高氫鍵密度的植酸為氫鍵交聯劑，氫鍵締合后形成四甲基氯化銨-丙烯酸-植酸型PDES單體；通過快速高效的原位光聚合，制作具有高機械強度（31.21MPa）和優良拉伸性能（3645%）的導電彈性體（如圖1）。該彈性體還表現出優異的透明度(>94%，圖2)、良好的電導率(0.007-0.04 S/m)和快速的自愈合能力(0.26秒電學修復效率達99%)。

圖1. 高機械強度透明導電彈性體的設計理念。

圖2. 高機械強度透明導電彈性體的光學性能和力學性能。

  如圖3（a-c）所示，制得的彈性體具有優異的機械性能。其中，不含植酸的CE的抗拉強度高達82 MPa，斷裂伸長率僅為22%；當植酸用量調至15 wt.%時，應力為4.39MPa，應變高達6100%。植酸用量升為10 wt.%時，拉伸應力為31 MPa，應變高達3645%，有效平衡了拉伸應力和應變之間的矛盾。如圖3（d-e）所示，研究人員還使用密度泛函理論（Density functional theory， DFT）研究了各組分的結合能。計算結果表明，在加入植酸后，四甲基氯化銨-丙烯酸-植酸PDES具有較低的結合能，結合強度更高。經過文獻對比（圖3（f-g）），植酸的用量為10 wt.%時的彈性體，具有超高的韌性（615 MJ*m^?3）。

圖3. 高機械強度透明導電彈性體的力學性能。

  如圖4所示，彈性體還具有良好的電學自修復性能，切斷后僅需0.26 s即可恢復到初始電阻的99%（圖4（a-c））。如圖4（d）所示，室溫修復24 h后裂縫逐漸消失，修復前后的彎手指電學信號響應幾乎沒有差別（圖4（e-g））。

圖4. 高機械強度透明導電彈性體的自修復性能。

  為了進一步驗證導電彈性體在柔性電子中應用的可行性，研究人員將其組裝為檢測人體運動的傳感器件（圖5（a））。如圖5（b-g）所示，彈性體既可監測人體較大幅度的運動（如站立、行走和跑跳等），也可以監測人體關節處的細小彎曲（手指關節和肘部關機等），并具有十分靈敏的響應速度（圖5（f））和優異的耐久性（圖5（g））。

圖5. 高機械強度透明導電彈性體的應用。

  以上相關成果以“ Polymerizable deep eutectic solvent-based mechanically strong and ultra-stretchable conductive elastomers for detecting human motions”為題發表在Journal of Materials Chemistry A上。論文的第一作者為華南理工大學博士生張凱麗，通訊作者為華南理工大學何明輝副研究員。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2021/ta/d0ta11508h