屏幕碎了立即修复！自修复的可穿戴水凝胶柔性触摸屏！ _小知识

屏幕碎了立即修复！自修复的可穿戴水凝胶柔性触摸屏！
如今，智能手机、平板电脑等触屏式电子设备的发展正不断地影响着我们的生活方式。这些设备上的触摸屏作为便捷的人机交互界面，其研发更是受到了越来越多的关注。当前用于触摸屏的主要的透明导电薄膜是氧化铟锡（ITO）材料，但是其存在易摔碎、不能弯曲等缺陷，导致触摸屏一旦摔碎就只能更换。希望能开发出具有自修复能力的触摸屏，使其在损坏后能通过简单的修复过程实现快速恢复。因此，设计具有自修复功能的柔性透明导电材料，并结合传感技术将其制成柔性触摸屏，实现其可穿戴于人体的应用，是柔性电子领域的迫切需求。
中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈涛研究员和中科院纳米能源与系统研究所王中林院士、潘曹峰研究员等人报道了一种具有98.8％的透射率和超过1500％的断裂应变的聚两性离子-粘土纳米复合水凝胶，其作为透明离子导体可以用作在各种基材上具有压敏粘合性的自修复触摸屏。通过表面电容触摸系统，该水凝胶作为触摸屏能在逐点触摸和连续移动过程中感测触摸位置。该触摸屏可以贴在平面和弯曲表面上，在被划破并自修复后能够恢复写字、画画以及玩游戏等功能。该研究以题为“Bioinspired Self-Healing Human-Machine Interactive Touch Pad with Pressure-Sensitive Adhesiveness on Targeted Substrates”的论文发表在《Advanced Materials》上。
【自修复的两性离子-粘土纳米复合水凝胶】
作者通过在纳米粘土的水溶液中原位聚合两性离子单体（3-[[2-（甲基丙烯酰氧基）乙基]二甲铵基]丙烷-1-磺酸盐），得到了一种自修复的两性离子-粘土纳米复合水凝胶。聚合物/粘土间的非共价吸附交联作用，以及聚合物分子链上的正负电荷基团吸引，赋予了水凝胶自修复功能（图1b-c）。通过两性离子基团与皮肤的极性相互作用，该水凝胶还具备一定的可逆粘附性（图1d-e）。作者采用表面电容触控技术，制得了水凝胶触摸屏，其电路搭接方法如图1a ，可根据外部电阻上的电压值来感测手指的位置（图1f-g）。
图1自修复的两性离子-粘土纳米复合水凝胶的位置传感
【可自修复的触摸屏】
该水凝胶的机械性能和电导率都可实现自修复。通过将划破的水凝胶放在PE密封膜中一定时间，可使水凝胶的拉伸性能逐渐恢复（图2a）。当在25°C愈合24小时后，水凝胶的最大拉伸应变可达1492％，应力为63.5 kPa ，接近于未破裂的水凝胶。由此可见，仅就断裂应变而言，其自修复效率为98％。图2b显示了新切开的水凝胶的两部分在连接后能够立即无缝地整合在一起。同时，这种瞬时愈合可重建水凝胶中的离子通道，从而恢复电导率。如图2c所示，切断后的水凝胶在21 s内恢复了直流电流以及手指定位功能，并且可以通过修复后的触屏功能玩钢琴游戏（图2g）。
图2 触摸屏的自我修复
【可穿戴触摸屏的操作】
基于柔性聚合物水凝胶的特性，作者将其用于可穿戴的触摸设备，并将其连接到计算机（图3a）。作者将触摸屏穿戴在手臂上，并用它来操作电子游戏。该柔性可穿戴触摸屏可共形地粘附在手臂上（图3b），当手指触摸触摸屏上的任何位置时，将激活游戏中的弹弓（图3b）。在手指移动过程中，可通过计算机记录手指的位置，并计算出移动长度，将其转换为弹弓的拉长长度。当手指移开时，小鸟被向上发射（图3d），随后击中目标（图3e）。该游戏证实了水凝胶作为触摸屏能在逐点触摸和连续移动过程中感测触摸位置。
图3 用可穿戴触摸屏玩游戏
【屏幕碎了立即修复！自修复的可穿戴水凝胶柔性触摸屏！】总结：作者开发了一种自修复、透明且可高度拉伸的纳米复合水凝胶离子导体，并通过采用表面电容触摸技术在其上实现了位置感应。水凝胶网络由通过纳米粘土交联的聚两性离子组成。由于非共价交联和极性两性离子基团的存在，被划破的水凝胶在21 s内就能恢复其离子电导率，实现在被划破并自修复后仍能写字、画画以及玩游戏等功能。该研究展现的新思维和新技术为利用高分子纳米复合水凝胶作为具有自修复特性的柔性人机交互界面开辟了新的道路。