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  可視化力學(xué)記錄器件在軍事防護、智能機器人、智能可穿戴及醫(yī)療等領(lǐng)域具有重要的作用。例如士兵受到爆炸或者撞擊沖擊后需要快速診斷，智能機器人需要具備類似人體皮膚接收外界刺激響應(yīng)的能力（圖1A）。可視化力學(xué)記錄器件需要對力的施加模式、強度、方向等多種信息實現(xiàn)可重復(fù)的顯示；從使用角度看，還需對力信號具有可記憶性，具備力撤除后信息的長效顯示。基于微膠囊破碎顯色的力測試卡、膠體晶體力學(xué)監(jiān)測薄膜等器件一定程度上具備了可記憶性，但是實現(xiàn)可重復(fù)使用、多力學(xué)模式檢測的力學(xué)記錄器件仍然是一個挑戰(zhàn)。聚合物分散膽甾相液晶（PDCLC）作為分子為基元的二維光子晶體，具有結(jié)構(gòu)色顯示、電/力多場響應(yīng)的特性，在可視化傳感器上具有優(yōu)異的應(yīng)用前景。但如何從力學(xué)層面設(shè)計可視化力學(xué)記錄器件結(jié)構(gòu)，以及定量標(biāo)定力-光響應(yīng)特性是可視化傳感器開發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵。

圖1（a）爆炸沖擊快速記錄；（b）基于聚合物分散膽甾液晶的力學(xué)記錄器件結(jié)構(gòu)； (c)可重復(fù)性、可記憶性原理示意圖

  近期，東華大學(xué)材功能材料研究中心、纖維材料改性國家重點實驗室的葛鄧騰研究團隊基于聚合物分散的膽甾相液晶開發(fā)了一種靈敏度可設(shè)計且可重復(fù)使用的可視化力學(xué)記錄器件（圖1B）。結(jié)合器件微區(qū)光學(xué)響應(yīng)和有限元仿真分析，建立了力-光響應(yīng)的定量關(guān)系，得出剪切應(yīng)變在力學(xué)顯色響應(yīng)中起著關(guān)鍵作用（圖2A，B）。該器件在力的作用下可實現(xiàn)顯色，通過對顯色斑點的形狀、軌跡和光學(xué)信號強度的定量檢測可以實現(xiàn)點/面撞擊、撞擊方向的監(jiān)測，圖2C展示了可視化力學(xué)記錄器件在受力分析、路徑跟蹤、模式檢測方面的潛在應(yīng)用。通過對PDCLC的螺距和聚合物網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控和受力電極層的力學(xué)仿真與設(shè)計，實現(xiàn)了力學(xué)記錄器件的色彩和靈敏度可調(diào)，為器件力學(xué)監(jiān)測范圍和使用方式提供了更大的應(yīng)用空間。 

圖2 （A）PDCLC器件光響應(yīng)微區(qū)反射光譜（B） 有限元仿真壓力作用下器件剪應(yīng)力分布（C）基于PDCLC的力學(xué)記錄器件的應(yīng)用

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c20959