近日，沐鸣張西華副研究員團隊在環境材料領域Top期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》（中科院一區TOP期刊，IF 9.229）在線發表了題為“Interfacial Electrochemical Polymerization for Spinning Liquid Metals into Core–Shell Wires”的研究論文🪥。該論文以我校為第一單位🌺，沐鸣2019級碩士研究生龍立芬為第一作者，沐鸣張西華副研究員、中國科沐鸣青島生物能源與過程研究所李明傑副研究員和李朝旭研究員為共同通訊作者，這是我校深入實施“校所”項目聯動精準培養研究生結出的又一重要碩果🧑🏽💼。
- 圖文摘要
該研究發現施加電壓時，EGaIn作為工作電極可以誘導電活性單體（如丙烯酸💩🎄、多巴胺和吡啶）的電化學聚合，在EGaIn線表面形成薄至0.6 μm的聚合物殼層。EGaIn電化學氧化生成的Ga3+和In3+通過螯合聚合物的極性基團（如羧基🙇♂️、酚羥基和吡咯N）進一步增強聚合物殼層🍌。進一步通過簡單的浸漬工藝將其封裝到彈性體中🤷♂️，實現了EGaIn線高拉伸性（高達800%）和高導電率（1.5 × 106 S m−1）的獨特組合♙，有望用於可拉伸電線和柔性傳感器的可穿戴電子設備。該材料作為可穿戴傳感器，它們能夠監測面部表情👋🏻、身體運動👨👨👧🔷、語音識別和空間壓力分布，在靈敏度🙆🏽、重復性、和耐用性方面優於一些報道的基於液態金屬的傳感器或與其相當🧖🏿♂️。同時⚙️🤦🏿，結合機器學習（SVM算法），將該材料製備的傳感器應用於美國手語識別中👩👦👦，展現出較高的準確率。電化學紡絲策略不僅對液態金屬纖維材料，而且對界面科學、可伸縮電子學和人工智能的廣泛研究具有重要意義。
- 論文導讀
目前，可穿戴柔性電子器件的應用越來越廣泛👲🏽，而傳統的柔性電子器件製備方式主要有兩種。一種方法是將導電性好的材料（如石墨烯、碳納米管🔹、銀納米線）摻雜到聚合物柔性基底中🏊🏿。另一種方法是將金屬薄膜（如金🏄🏿、銀👨🏻🔧、銅）沉積到柔性聚合物基板上，都是利用彈性體的延展性和金屬或石墨烯等材料的導電性實現柔性且導電的目的。雖然這些方法得到導電材料有一定的柔性✅，但是傳統導電材料本身不可拉伸，造成復合材料可拉伸程度不高；再者，拉伸過程中🥮，容易出現斷裂、微裂痕等損傷🪼；導電顆粒摻雜分散不均勻，導致導電性能差等問題。液態金屬是一種新興材料，同時具備流體的流動性🤛🏻、可變形性、可變形性和金屬的導電性和導熱性等優異性能🔁🧖🏻，能夠同時實現高拉伸性能和高導電性能，是理想的柔性穿戴材料構築單元。但其低粘度和高表面張力的特性👩🦽，造成了與柔性基底材料的浸潤性和附著性差等問題，極大地限製了其在柔性電子領域的應用。
- 原文摘要
金屬絲在諸如三維（3D）打印🏄🏼、軟電子🧑⚖️、光學和超材料等應用中具有重要意義👒。镓基液態金屬（例如🤾♂️，EGaIn）雖然獨特地結合了金屬導電性、液態流動性和良好的生物相容性✊🏽，但由於其低粘度、高表面張力和Rayleigh−Plateau不穩定性，因此，液態金屬紡絲仍具有挑戰性🧎♂️➡️🕵🏼♀️。在這項工作中📨，我們證明了EGaIn作為工作電極可以誘導EGaIn的氧化和電活性單體（如丙烯酸、多巴胺和吡咯）的界面電化學聚合🧑🏻🍼。在紡絲過程中，通過電潤濕和電毛細作用降低了EGaIn的高表面張力✍️，在紡絲過程中，EGaIn的高表面張力通過電潤濕和電毛細作用降低，並通過與金屬離子螯合的聚合物殼層（直徑為90 ~ 300 μm的EGaIn線上可調厚度為~ 0.6 ~ 30 μm）進一步穩定。聚合物外殼為EGaIn線提供了良好的機械性能、耐酸性和潤濕性🫅🏽。通過簡單的浸漬工藝進一步封裝到彈性體中，合成的EGaIn線是具有高拉伸性（高達800%）和高導電率（1.5 × 106 S m−1）的獨特組合。當作為可穿戴傳感器時🐀，它們能夠感知面部表情、身體動作👰♀️🧓🏼、聲音識別🧑🏿✈️、空間壓力分布靈敏度高，重復性好，耐久性好👱🏽。此外，將該傳感器進一步應用到機器學習算法識別美國手語👩🏼🚀。
圖1.丙烯酸的界面電化學聚合紡絲原理
圖2.製備EGaIn線的工藝參數
圖3. EGaIn線表面聚合殼層的表征
圖4.EGaIn線在傳感器件的應用
圖5. EGaIn線在識別美國手語中的應用
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