近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料團(tuán)隊基于對聚合物凝膠領(lǐng)域的長期研究，受樹蛙等抗凍生物的啟發(fā)，開發(fā)了一種基于有機(jī)凝膠的人機(jī)交互材料與器件。
該工作通過溶劑置換的方法設(shè)計了一種由聚丙烯酰胺、納米粘土交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和乙二醇、水二元溶劑為分散介質(zhì)組成的有機(jī)凝膠(圖1)。納米粘土在作為物理吸附交聯(lián)點的同時還提供了可移動的自由離子，使其具有離子導(dǎo)電性。乙二醇的引入賦予了該有機(jī)凝膠良好的抗凍性能，包括-0℃下良好的可拉伸性(700%)、離子電導(dǎo)率(1.5×10-3 S m-1)、透明度(91%)以及自修復(fù)性。進(jìn)一步以有機(jī)凝膠為電極與彈性體組裝制備了摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)，得益于有機(jī)凝膠良好的抗凍性能，該有機(jī)凝膠TENG在-30℃仍保留了良好的發(fā)電性能。研究人員將其進(jìn)一步附著在手指上，開發(fā)了一種可穿戴的人機(jī)交互鍵盤。TENG在與其他物體接觸分離的過程中能夠產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，這些電壓信號被收集、編碼，最終能夠?qū)?yīng)文字信息顯示在顯示器上(圖2)。該工作為凝膠材料在人機(jī)交互領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。
相關(guān)工作以Anti-freezing Organohydrogel Triboelectric Nanogenerator toward Highly Efficient and Flexible Human-machine Interaction at -30℃為題發(fā)表在Nano Energy上。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點研究項目、浙江省自然科學(xué)基金、寧波市科技創(chuàng)新2025重大項目、寧波市自然科學(xué)基金、中德合作國際交流項目以及王寬誠教育基金等項目的支持。
（來源：寧波材料所）
