近年來，隨著社會科技的進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%的應變下進行500次循環(huán)。此外,借助胡文兵教授課題組發(fā)展的Flash DSC測試熱導率的方法，測試得到這種氣凝膠的熱導率可以達到38mWm-1K-1.
圖2. 氣凝膠力學性能圖
當該材料經(jīng)過熱處理后，在70%的應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基金、中央高?？蒲袠I(yè)務費的資助。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國家重點實驗室在本研究中給與了支持。南京大學化學化工學院胡文兵教授在導熱性能測試方面給予了支持，南京大學電子科學與工程學院潘力佳教授在傳感器性能測試方面給予了支持。
