【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】便攜、柔性的人機交互器件在物聯(lián)網(wǎng)、智能機器人等領(lǐng)域具有重要作用，用戶能夠通過它們完成與系統(tǒng)的信息交換，或向系統(tǒng)發(fā)送指令。受生命體通過離子定向遷移傳遞生理電信號的啟發(fā)，離子導(dǎo)電水凝膠材料被廣泛應(yīng)用于設(shè)計制作柔性可拉伸電子器件。然而水凝膠中的水在低溫環(huán)境下會結(jié)冰，導(dǎo)致材料變脆，離子電導(dǎo)率下降，制約了其適用溫度的范圍。如何設(shè)計耐低溫柔性導(dǎo)電凝膠，并在此基礎(chǔ)上制作具有廣泛應(yīng)用前景的智能人機交互器件仍是一個挑戰(zhàn)。
 

　　近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料團隊基于對聚合物凝膠領(lǐng)域的長期研究，受樹蛙等抗凍生物的啟發(fā)，開發(fā)了一種基于有機凝膠的人機交互材料與器件。
 

　　該工作通過溶劑置換的方法設(shè)計了一種由聚丙烯酰胺、納米粘土交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和乙二醇、水二元溶劑為分散介質(zhì)組成的有機凝膠(圖1)。納米粘土在作為物理吸附交聯(lián)點的同時還提供了可移動的自由離子，使其具有離子導(dǎo)電性。乙二醇的引入賦予了該有機凝膠良好的抗凍性能，包括-0℃下良好的可拉伸性(700%)、離子電導(dǎo)率(1.5×10-3 S m-1)、透明度(91%)以及自修復(fù)性。進一步以有機凝膠為電極與彈性體組裝制備了摩擦納米發(fā)電機(TENG)，得益于有機凝膠良好的抗凍性能，該有機凝膠TENG在-30℃仍保留了良好的發(fā)電性能。研究人員將其進一步附著在手指上，開發(fā)了一種可穿戴的人機交互鍵盤。TENG在與其他物體接觸分離的過程中能夠產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，這些電壓信號被收集、編碼，最終能夠?qū)?yīng)文字信息顯示在顯示器上(圖2)。該工作為凝膠材料在人機交互領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。
 

　　相關(guān)工作以Anti-freezing Organohydrogel Triboelectric Nanogenerator toward Highly Efficient and Flexible Human-machine Interaction at -30℃為題發(fā)表在Nano Energy上。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點研究項目、浙江省自然科學(xué)基金、寧波市科技創(chuàng)新2025重大項目、寧波市自然科學(xué)基金、中德合作國際交流項目以及王寬誠教育基金等項目的支持。