来源：“高分子科技”公众号
随着柔性电子设备和软体机器人的快速发展，传感器的研究进入了一个前所未有的关键阶段。这些传感器能够监测各种物理参数，广泛应用于智能设备和人机交互中，逐渐成为人们日常生活中不可或缺的一部分。然而，随着社会对智能设备需求的不断增加，传感器的性能也面临着更高的要求，尤其是在机械性能、传感灵敏度和稳定性等方面。
鉴于此，中国科学技术大学龚兴龙教授课题组在《Chemical Engineering Journal》期刊上发表了题为“Ionic liquid-reinforced transparent, stretchable, conductive organic ionic gel with ultra-high sensory capability and ultra-robust impact-resistance ”的论文。该论文介绍了一种由新型有机离子凝胶（POIG）制成的传感器材料，展示了其卓越的机械性能和传感能力，为未来智能可穿戴技术的发展提供了新的思路。POIG由聚乙烯醇（PVA）和乙二醇（EG）双聚合物网络与离子液体构建而成。这种创新设计不仅赋予了POIG优异的机械性能，还使其具备了良好的传感能力。
POIG的设计与制备
研究人员采用加热溶解和冻融法将离子液体、乙二醇和聚乙烯醇搅拌均匀后倒入模具中冷冻得到POIG，基于有机双网络的交联作用，离子凝胶表现出优异的力学性能，抗拉强度可达3.01 MPa，断裂伸长率达820%，并且具有优异的抗压性能。
图1. POIG的制备及其力学性能图。
POIG的传感性能
离子液体的加入使得POIG形成了稳定均匀的内部导电结构，展现出极低的应变响应（0.2%）和极快的响应时间（≈10 ms）。研究人员记录了POIG在不同应变下的传感信号，其在微小应变范围(0.2%至1%)、小应变范围(1%至5%)和大应变范围(10%至50%)均表现出优异的传感性能。此外，POIG的超低迟滞特性赋予其显著的传感稳定性，4000次循环下性能基本没有衰减。
图2. POIG的拉伸传感性能。
图3. POIG的压缩传感性能。
POIG的人体监测和深度学习辅助手语识别能力
POIG具有优异的传感性能，能够实时监测应变、压力等物理参数，并将数据精确传输至智能设备。研究人员基于此利用POIG开发了一种可穿戴袖套的实时手语识别系统，通过深度学习算法，该系统能够准确识别并翻译多种手语手势，准确率高达98.5%。这一创新应用不仅展示了POIG在传感技术上的优势，也为智能可穿戴设备的多样化发展提供了新的方向。
图4. 人体运动监测和深度学习辅助手语识别。
POIG的防护性能
在各种载荷冲击条件下，POIG均表现出优异的能量吸收能力。在低速落锤冲击下，POIG能够吸收超过90%的能量，与常见的PDMS, Ecoflex等其他材料相比，该离子凝胶的最大冲击力显著降低，缓冲时间显著延长，表明出明显的冲击耗能能力。另外，高速弹道冲击下的能量吸收能力比商业泡沫高出五倍，充分展示了POIG优异的抗冲击性能。
图5. POIG的低速落锤抗冲击性能。
图6. POIG的高速弹道抗冲击性能。
综上所述，POIG的成功研发为下一代智能可穿戴防护技术带来了新的可能。其在传感性能和机械性能上的优越表现，使其成为未来柔性电子设备的理想材料。随着技术的不断进步，POIG有望在智能设备、医疗健康和人机交互等领域发挥重要作用，为人们的生活带来更多便利和创新。论文第一作者为中国科学技术大学工程科学学院研究生张镇涛，通讯作者为中国科学技术大学工程科学学院龚兴龙教授和桑敏副研究员。该研究得到了国家自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费专项基金、中国博士后科学基金的资助和支持。
原文链接：
Zhentao Zhang, Min Sang, Yucheng Pan, Zimu Li, Shuai Liu, Jianpeng Wu, Xinyi Wang, Shilong Duan, Xinglong Gong, Ionic liquid-reinforced transparent, stretchable, conductive organic ionic gel with ultra-high sensory capability and ultra-robust impact-resistance, Chem. Eng. J. 154227(2024).
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154227.