近日，我院张西华副研究员团队在环境材料领域Top期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》（中科院一区TOP期刊，IF 9.229）在线发表了题为“Interfacial Electrochemical Polymerization for Spinning Liquid Metals into Core–Shell Wires”的研究论文。该论文以我校为第一单位，我院2019级硕士研究生龙立芬为第一作者，我院张西华副研究员、中国科学院青岛生物能源与过程研究所李明杰副研究员和李朝旭研究员为共同通讯作者，这是我校深入实施“校所”项目联动精准培养研究生结出的又一重要硕果。
- 图文摘要
该研究发现施加电压时，EGaIn作为工作电极可以诱导电活性单体（如丙烯酸、多巴胺和吡啶）的电化学聚合，在EGaIn线表面形成薄至0.6 μm的聚合物壳层。EGaIn电化学氧化生成的Ga3+和In3+通过螯合聚合物的极性基团（如羧基、酚羟基和吡咯N）进一步增强聚合物壳层。进一步通过简单的浸渍工艺将其封装到弹性体中，实现了EGaIn线高拉伸性（高达800%）和高导电率（1.5 × 106 S m−1）的独特组合，有望用于可拉伸电线和柔性传感器的可穿戴电子设备。该材料作为可穿戴传感器，它们能够监测面部表情、身体运动、语音识别和空间压力分布，在灵敏度、重复性、和耐用性方面优于一些报道的基于液态金属的传感器或与其相当。同时，结合机器学习（SVM算法），将该材料制备的传感器应用于美国手语识别中，展现出较高的准确率。电化学纺丝策略不仅对液态金属纤维材料，而且对界面科学、可伸缩电子学和人工智能的广泛研究具有重要意义。
- 论文导读
目前，可穿戴柔性电子器件的应用越来越广泛，而传统的柔性电子器件制备方式主要有两种。一种方法是将导电性好的材料（如石墨烯、碳纳米管、银纳米线）掺杂到聚合物柔性基底中。另一种方法是将金属薄膜（如金、银、铜）沉积到柔性聚合物基板上，都是利用弹性体的延展性和金属或石墨烯等材料的导电性实现柔性且导电的目的。虽然这些方法得到导电材料有一定的柔性，但是传统导电材料本身不可拉伸，造成复合材料可拉伸程度不高；再者，拉伸过程中，容易出现断裂、微裂痕等损伤；导电颗粒掺杂分散不均匀，导致导电性能差等问题。液态金属是一种新兴材料，同时具备流体的流动性、可变形性、可变形性和金属的导电性和导热性等优异性能，能够同时实现高拉伸性能和高导电性能，是理想的柔性穿戴材料构筑单元。但其低粘度和高表面张力的特性，造成了与柔性基底材料的浸润性和附着性差等问题，极大地限制了其在柔性电子领域的应用。
- 原文摘要
金属丝在诸如三维（3D）打印、软电子、光学和超材料等应用中具有重要意义。镓基液态金属（例如，EGaIn）虽然独特地结合了金属导电性、液态流动性和良好的生物相容性，但由于其低粘度、高表面张力和Rayleigh−Plateau不稳定性，因此，液态金属纺丝仍具有挑战性。在这项工作中，我们证明了EGaIn作为工作电极可以诱导EGaIn的氧化和电活性单体（如丙烯酸、多巴胺和吡咯）的界面电化学聚合。在纺丝过程中，通过电润湿和电毛细作用降低了EGaIn的高表面张力，在纺丝过程中，EGaIn的高表面张力通过电润湿和电毛细作用降低，并通过与金属离子螯合的聚合物壳层（直径为90 ~ 300 μm的EGaIn线上可调厚度为~ 0.6 ~ 30 μm）进一步稳定。聚合物外壳为EGaIn线提供了良好的机械性能、耐酸性和润湿性。通过简单的浸渍工艺进一步封装到弹性体中，合成的EGaIn线是具有高拉伸性（高达800%）和高导电率（1.5 × 106 S m−1）的独特组合。当作为可穿戴传感器时，它们能够感知面部表情、身体动作、声音识别、空间压力分布灵敏度高，重复性好，耐久性好。此外，将该传感器进一步应用到机器学习算法识别美国手语。
图1.丙烯酸的界面电化学聚合纺丝原理
图2.制备EGaIn线的工艺参数
图3. EGaIn线表面聚合壳层的表征
图4.EGaIn线在传感器件的应用
图5. EGaIn线在识别美国手语中的应用
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