導讀：本文得到了一種可伸縮、可粘合、可自修復、可導電的雙信號柔性電子結(jié)構(gòu)彩色薄膜，具有很大的應用潛力。

柔性電子設(shè)備在各種應用中發(fā)揮著不可忽視的作用，如健康監(jiān)控、感覺皮膚、可植入設(shè)備等。柔性電子材料的研究已取得了很大進展，其中水凝膠由于其生物相容性、柔性和類人體組織的力學性能等優(yōu)點而被認為是一種很有吸引力的材料。將碳納米管(CNTs)、石墨烯、金屬納米線和導電聚合物等導電填料集成在一起，可以提高這些水凝膠的電性能。此外，為了更好地適應皮膚與器件之間的相互作用，有時還需加入了天然或合成的粘合劑，使得這些導電水凝膠一定的粘附性。

然而，盡管在這方面已經(jīng)取得了許多進展，但由于水凝膠脆弱易碎的性質(zhì)，其在穩(wěn)定性方面仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。此外，柔性電子設(shè)備中的大多數(shù)水凝膠都是單一電信號輸入或輸出，這在復雜的生物環(huán)境中有可能是不可靠的。因此，對于柔性電子產(chǎn)品來說，開發(fā)具有良好附著力、自愈合能力以及雙信號特性的穩(wěn)定水凝膠仍是廣受期待的。

針對上述問題，南京大學趙遠錦教授團隊開發(fā)出了一種可伸縮、可粘合、可自修復、可導電的雙信號柔性電子結(jié)構(gòu)彩色薄膜，并將其應用于柔性電子器件。此文近日以“Bio-Inspired Stretchable, Adhesive, and Conductive Structural Color Film for Visually Flexible Electronics”為題，發(fā)表在國際知名期刊《ADVANCED FUNCTINAL MATERIALS》上。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202000151

作者從貽貝的粘附特性和變色龍的變色機理中得到啟發(fā)，制備了一種新型的碳納米管聚多巴胺(PDA)和彈性聚氨酯(PU)聚合物混合結(jié)構(gòu)彩色薄膜。其中PDA因其與貽貝分泌的黏附蛋白結(jié)構(gòu)相似，使得與PDA結(jié)合的材料具有良好的附著力和自愈合性能。此外，變色龍能夠根據(jù)環(huán)境迅速改變其皮膚顏色，這是由于非緊密排列的鳥嘌呤納米晶體晶格的光子響應。模擬這一現(xiàn)象，許多具有膠態(tài)晶體結(jié)構(gòu)或反蛋白石結(jié)構(gòu)的響應性彩色結(jié)構(gòu)材料可以被開發(fā)并應用于各種傳感器中。因此，作者通過將導電的CNTs-PDA填料引入彈性PU反蛋白石結(jié)構(gòu)的骨架中，制備得到具有應用于視覺柔性電子器件所需特性的復合薄膜。

由于PU層具有優(yōu)良的柔韌性和反蛋白石結(jié)構(gòu)，所制得的膜具有穩(wěn)定的延展性和亮麗的結(jié)構(gòu)色彩。同時，由于PDA上的鄰苯二酚基團，使膜具有較高的組織粘附性和自愈合能力，而CNTs的引入使膜具有良好的導電性能。更引人注目的是，薄膜在拉伸過程中具有交互的變色和機電特性，可作為雙信號軟人體運動傳感器，用于實時的色感和電信號監(jiān)測。

圖1. 仿生可拉伸、粘性、導電結(jié)構(gòu)彩色薄膜柔性電子示意圖。

圖2. 復合薄膜的設(shè)計與微觀結(jié)構(gòu)。

圖3. 復合薄膜的電導率和顯色性能圖。

圖4. 復合薄膜的附著力和自愈合性能圖。

圖5. 圖案自愈合混合結(jié)構(gòu)彩色薄膜。

圖6. 各種實時人體運動時的電導率響應。

綜上所述，作者受到自然生物的啟發(fā)，通過將CNTs-PDA填料集成到PU反蛋白石骨架中，開發(fā)了一種新型彈性聚合物-導電水凝膠混合結(jié)構(gòu)彩色薄膜。它的各種特性使得基于生物凝膠的電子器件在柔性電子器件領(lǐng)域具有很大的潛力。(文：天航)

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總結(jié)

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