自生長高分子是近年來新起的仿生概念，其主要策略是在已成型聚合物網絡體系中實現可聚合單體的二次原位聚合與融合，以此來實現對高分子材料尺寸、形貌、力學、電學等性能的後調控。但目前研究和報道的自生長高分子材料主要集中與均一、單相的聚合物體系的生長研究，營養液形式單一，材料的性能調節具有一定的局限性。
據此，電子科技大學崔家喜教授團隊基於前期自生長材料的研究基礎，（提出原位聚合-融合自生長概念並在平整表面構築陣列突觸的粗糙表面（Nat.Commun.11, 963 (2020)；基於自生長策略對聚丙烯酸酯材料的力學、形貌和尺寸進行多維度調控（ACS Appl.Mater. Interfaces14, 6 (2022), 8473-8481）；基於自生長策略提出了全新的生長自修復策略（J. Mater. Chem. A, 10, 1 (2022), 174-179））,提出了新的正交自生長策略，實現了複合材料尺寸、形貌、電導率、力學等多維度的調節。該方法成功應用於聚丙烯酸羥乙酯-聚苯胺（PHEA-PANI）導電複合水凝膠體系，在基底（丙烯酸羥乙酯單體）與功能（苯胺單體）雙營養液以及精心設計的自生長程序的雙重作用下，實現了PHEA-PANI水凝膠材料性能的按需調控。該可調節複合導電水凝膠材料成功應用於應變傳感器和3D水凝膠電路板。文章以「Orthogonal Growth for Fabricating Hydrogel Sensors and Circuit Boards with In Situ Post-Tunable Performance」為題，在線發表在《Advanced Functional Materials》。如圖1所示，從相同的水凝膠種子出發，基於正交自生長策略可以分別調控複合導電水凝膠材料的尺寸、電導率和形貌。
圖1.正交自生長策略。（a）PHEA-PANI導電水凝膠可實現尺寸、形貌和電導率的三維正交調節；（b）正交自生長策略示意圖；外觀、尺寸和電導率的變化（c）尺寸單軸生長、（d）電導率單軸生長和（e）多種形貌生長。當該PHEA-PANI柔性導電水凝膠製備成應變傳感器時，正交自生長策略可以成功調控該水凝膠應變傳感器的傳感能力，以拓寬該類傳感器的應用範圍，如圖2所示。當手指的彎曲角度和擺動方向發生變化時，該自生長PHEA-PANI水凝膠應變傳感器可以通過正交自生長策略改變自身的傳感能力，以保證可始終檢測手指的不同動作，並均可以獲得穩定可靠的電阻信號。
圖2.正交自生長策略調控PHEA-PANI水凝膠應變傳感器的傳感能力。（a）不同生長的傳感器在相同拉伸應變下的不同電阻信號；（b）食指的彎曲運動；（c）食指的搖擺運動；（d）、(e)和（f）正交自生長策略改變傳感器的傳感能力以滿足檢測食指的不同運動場景。該正交自生長策略還可以構築異質化的材料結構，目前通過印刷、3D打印、包埋等技術難以獲得具有統一、無界面及複雜的三維導電水凝膠電路板。正交自生長策略可以實現限域構建導電通路，並結合生長自組裝的方法製備3D柔性水凝膠電路板，如圖3所示。首先，製備二維的電路板前驅體，後通過基底營養液的生長自組裝過程構築了3D水凝膠電路板。
圖3.基於正交自生長策略製備三維水凝膠電路板。（a）2D水凝膠電路板生長自組裝成為3D水凝膠電路板示意圖；（b）2D水凝膠電路板前驅體；（c）3D水凝膠電路板示意圖；（d）3D水凝膠電路板；（f）依賴3D柔性水凝膠電路板可以點亮LED燈源。電子科技大學基礎與前沿研究院崔家喜教授為該論文的通訊作者，博士後方遠來為第一作者。原文鏈接：Fang, Y., Chang, Q., Xiong, X., Dong, S., Zhang, C., Yang, L., Cui, J., Orthogonal Growth for Fabricating Hydrogel Sensors and Circuit Boards with In Situ Post-Tunable Performance. Adv. Funct. Mater.2022, 2206222.
https://doi.org/10.1002/adfm.202206222
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