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  作為連接人體信號和外部空間的交互橋梁，表皮電極是電信號監(jiān)測中必要的組成部分，其電學(xué)、力學(xué)性能直接影響監(jiān)測信號的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。因此，如何實現(xiàn)表皮電極優(yōu)異、穩(wěn)定的導(dǎo)電性以及良好的拉伸性、低模量等力學(xué)性能，是表皮電信號監(jiān)測的重要研究方向。

圖1 雙網(wǎng)絡(luò)輔助PEDOT:PSS薄膜的工作機理及相關(guān)材料化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖

  近期，重慶大學(xué)柔性可再生能源材料與器件課題組通過構(gòu)建雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了PEDOT:PSS薄膜電學(xué)和力學(xué)性能的協(xié)同提升，即通過將物理交聯(lián)的PEDOT:PSS:PVA導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)引入到原位共價交聯(lián)的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）網(wǎng)絡(luò)中，如圖1所示。這種雙聚合物網(wǎng)絡(luò)具有創(chuàng)新性的互補功能，其中物理交聯(lián)的PVA網(wǎng)絡(luò)耗散負載能量以提供韌性，而具有極低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的共價交聯(lián)的PEGDA網(wǎng)絡(luò)提供自由體積并削弱PVA鏈中的致密氫鍵以提供適應(yīng)性和拉伸性。進一步通過差示掃描量熱法（DSC）、傅里葉紅外變換（FTIR）及密度泛函理論等驗證了PEGDA對聚合物網(wǎng)絡(luò)的塑化作用，如圖2所示。此外，聚乙二醇二丙烯酸酯交聯(lián)劑的高極性有助于誘導(dǎo)PEDOT：PSS從核殼骨架到更長鏈的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，不同PEGDA含量下薄膜力學(xué)和電學(xué)性能結(jié)果如圖3所示。因此，可調(diào)彈性框架允許通過合理地調(diào)控次級網(wǎng)絡(luò)部分來同時提高PEDOT:PSS薄膜力學(xué)性能和導(dǎo)電性能。為了評估聚合物電極在健康監(jiān)測中的可行性，該研究進一步將其應(yīng)用于ECG和EMG信號監(jiān)測，并獲得了高質(zhì)量的生物電勢信號和響應(yīng)，如圖4所示。這項工作不僅促進了對雙網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的潛在分子機制的理解，而且也證實了高質(zhì)量可拉伸電極在可穿戴健康監(jiān)測方面的巨大潛力。

  該工作以“Highly Skin-Compliant Polymeric Electrodes with Synergistically Boosted Conductivity toward Wearable Health Monitoring”為題發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。文章第一作者是重慶大學(xué)碩士研究生蘭林楷，論文通訊作者為重慶大學(xué)副研究員陳珊珊。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.2c03596