模擬神經(jīng)元的感應模式將多種刺激（如應力、溫度、濕度等）轉(zhuǎn)化為電信號輸出，是柔性傳感器、可穿戴電子器件、人機交互和智能監(jiān)測系統(tǒng)的核心部件。智能化工是新一代化學工業(yè)革命的主要推動力，從傳統(tǒng)的數(shù)字化生產(chǎn)走向智能化制造已經(jīng)成為不可逆轉(zhuǎn)的工業(yè)發(fā)展方向，它可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程中設備之間良好的信息交換，使各環(huán)節(jié)密切合作，保證產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，最大限度地減少產(chǎn)品的缺陷率。目前，基于數(shù)字化處理的在線檢測系統(tǒng)已廣泛應用于智能化工生產(chǎn)。然而，它仍是一個被動的監(jiān)控系統(tǒng)致使信息傳輸滯后且需要巨大的財力、物力、人力投入，收效有限。因此，開發(fā)微型、多響應、輕量化、低功耗的柔性敏化材料變得尤為迫切。
自愈合材料不僅能夠修復外界機械損傷且具有恢復功能（如導電性、形狀記憶和對各種刺激的響應性等）的能力。該可修復過程大都歸因于可逆的動態(tài)共價交聯(lián)和非共價鍵相互作用。通常來說，高自愈合性能和強機械性能是一對捕食者與被捕食者的矛盾體，提高自愈合性能必然要犧牲機械強度，一山容二虎絕非易事。
西南科技大學雷永林副教授近日開發(fā)了一種超靈敏、多響應的敏化材料，它不僅具有室溫自愈合功能、高機械強度（拉伸強度11.37 ± 0.03 MPa），加入聚吡咯裝飾的碳納米管網(wǎng)絡后更是賦予該材料超高的靈敏度和多響應性能。對外界物理信號變化（如應變、水分和溫度）和各種化學環(huán)境的變化（如酸、堿、氧化劑和還原劑）都表現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏性。由于網(wǎng)絡體系中存在動態(tài)二硫鍵和可逆氫鍵，斷裂或受損的敏化材料在室溫條件下能夠完全愈合并恢復原始的高機械強度和可靠的多響應性能。
敏化材料的制備
作者首先通過簡單的縮聚反應采用一鍋法制備了含動態(tài)二硫鍵和氫鍵網(wǎng)絡的線性聚氨酯聚合物。然后受神經(jīng)元的啟發(fā)，作者將聚吡咯裝飾到碳納米管上制備新穎的導電材料。最后，通過溶液共混法將聚氨酯與導電材料組裝起來，成膜干燥后得到聚氨酯基敏化材料。
敏化材料的物理信號響應
可逆動態(tài)二硫鍵賦予了敏化材料極好的柔性，且體系中的氫鍵網(wǎng)絡也可作為物理交聯(lián)點，增強敏化塊的機械強度。30% PPY/CNTs聚氨酯基敏化材料的最大伸長率和拉伸強度值分別為520 ± 17.50%和5.76 ± 0.03 MPa?；诿艋牧蟽?yōu)異的性能，作者制備的敏化材料不僅能夠?qū)冏龀龀`敏的響應還能監(jiān)測小型（手指彎曲）和大型（手腕彎曲）的身體運動。
此外，考慮到材料的熱遷移率和體系的動態(tài)可逆性，該材料還有望用于溫度和水分變化的實時監(jiān)測領域。更驚訝的是該敏化材料能夠同時超靈敏的對溫度和應力刺激做出響應，這些特性使得該材料在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)療等領域的智能化進程中具有廣泛的應用前景。
敏化材料的化學信號響應
聚吡咯憑借其優(yōu)良的導電性、化學響應性和可逆的化學性質(zhì)在導電高分子中獨樹一幟，將其裝飾碳納米管使敏化材料的功能“多姿多彩”。鑒于聚吡咯特殊的理化性質(zhì)，作者制備的敏化材料能夠?qū)瘜W溶液如酸、堿、氧化劑和還原劑等做出快速且準確的響應。該敏化材料的發(fā)現(xiàn)有望加快智能化工建設的步伐，化工企業(yè)從“汗水型”向“智能型”發(fā)展未來可期。
自愈合性能
室溫下剪斷接觸放置6 h后，長48.0 mm，厚2.5 mm的半啞鈴形樣品能舉起5公斤的重量且不撕裂或變形。處理6 h后，最大伸長率和抗拉強度值分別回復至原始值的99%和90%。這主要是由于動態(tài)二硫鍵和氫鍵解離，促進了聚合物鏈的運動。斷裂界面的聚合物相互擴散，形成新的二硫鍵和氫鍵，進而恢復機械性能。
該工作成果近期以“Neuron-InspiredSelf-Healing Composites via Dynamic Construction of Polypyrrole DecoratedCarbon Nanotubes for Smart Physiochemical Sensing” 為題，發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》雜志上,文章的第一作者是西南科技大學碩士研究生白玲，通訊作者為雷永林副教授。
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