近年來，隨著社會科技的進(jìn)步人們對柔性電子皮膚、智能可穿戴器件提出了彈性、輕質(zhì)以及表面性質(zhì)可調(diào)等更高層面的要求。氣凝膠由于其具有高比表面積、密度低和隔熱性好等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于吸附、隔熱涂層以及微電子器件的制備中。但氣凝膠材料往往容易存在力學(xué)性能較差（脆），以及容易吸水等問題，以此為基底制備的器件通常在性能上不太穩(wěn)定。因此制備一種具有彈性且表面性質(zhì)可以改變的氣凝膠具有重要的意義。
針對這一問題，南京大學(xué)張秋紅副教授、賈敘東教授從分子設(shè)計的角度制備了一種新型的苯并噁嗪單體，利用乙烯基和苯并噁嗪的雙交聯(lián)構(gòu)建了氣凝膠的骨架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過交聯(lián)以及冷凍干燥后得到了具有彈性和親疏水表面可以調(diào)控的氣凝膠。
圖1. 彈性、可調(diào)表面的氣凝膠結(jié)構(gòu)圖
這種材料展現(xiàn)出良好的彈性性能，經(jīng)過70%的壓縮后并沒有明顯的裂紋產(chǎn)生，并且可以在50%的應(yīng)變下進(jìn)行500次循環(huán)。此外,借助胡文兵教授課題組發(fā)展的Flash DSC測試熱導(dǎo)率的方法，測試得到這種氣凝膠的熱導(dǎo)率可以達(dá)到38mWm-1K-1.
圖2. 氣凝膠力學(xué)性能圖
當(dāng)該材料經(jīng)過熱處理后，在70%的應(yīng)變下仍然可以回彈到原來的狀態(tài)。在熱處理后，氣凝膠的表面性質(zhì)發(fā)生了改變，由完全親水表面（0°）變成了疏水表面（145°）。進(jìn)一步研究了不同溫度和不同時間下的水接觸角的變化。研究人員將這種變化歸因于苯并噁嗪的進(jìn)一步固化和氣凝膠表面形貌的變化。
圖3. 表面性質(zhì)可調(diào)的氣凝膠
最后，研究人員以該氣凝膠作為基底，采用原位聚合的方法，將聚苯胺修飾到氣凝膠當(dāng)中，得到了一種具有疏水表面的壓力傳感器。該器件能夠監(jiān)測不同壓力下的電阻變化，并展現(xiàn)出良好的響應(yīng)性和優(yōu)異的穩(wěn)定性，并且能夠穩(wěn)定監(jiān)測人體運動，包括脈搏跳動、手指彎曲以及拿捏重物等行為。
圖4. 自清潔電子皮膚性能示意圖
相關(guān)成果以“Elastic Aerogel with Tunable Wettability for Self-Cleaning Electronic Skin”發(fā)表在ACS Materials Letters上。博士研究生馬文燦為論文第一作者，張秋紅副教授和賈敘東教授為通訊作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金、中央高?？蒲袠I(yè)務(wù)費的資助。高性能高分子材料與技術(shù)教育部重點實驗室以及配位化學(xué)國家重點實驗室在本研究中給與了支持。南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院胡文兵教授在導(dǎo)熱性能測試方面給予了支持，南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院潘力佳教授在傳感器性能測試方面給予了支持。
