柔性自愈材料具有良好的适应性、可扩展性和自恢复性，可以避免运动过程中损伤的不利影响，确保稳定的实时能量收集和精确的信号感知，是可穿戴电源或传感器设备的理想基材。然而，受到多种动态键的限制，这些材料往往需要热、压、光等外部刺激来触发愈合过程，且在适应恶劣环境方面面临挑战，如在低温、水下条件或过冷的盐水中水分子会干扰动态键的重组。另外，动态键系统内在的分子设计矛盾导

近日，王双飞院士团队基于高流动性和导电性的液态金属（LM），通过超分子界面组装策略将其融入富含多重动态键的聚二甲基硅氧烷（PDMS）中，制备了具有超高延展性（12000%）和显著自愈合性能（~25℃，30min）的摩擦电材料（100V, 0.81W/m2），且能够在极端环境下（-20℃，近红外，水下）保持优异的自愈能力。这项成果以题为“Liquid Metal-Promoted Supramolecular Interactions Enable Ultrafast Self-Healing Triboelectric Materials with High Performance at Room Temperature”发表在《Nano Letters》上。2021级硕士生彭伟卿为本文第一作者，段青山副教授为通讯作者。张叶、章志君、赵辉、黄浩河、赵佳敏、程炳旭、何娟霞、许贝、尚柏均、聂双喜教授等参与研究。

1.自愈超分子复合摩擦电材料设计策略

本研究提出了一种超分子界面组装策略，实现了由微纳LM液滴均匀嵌入可逆的微相分离共价网络和非共价网络组成的复合材料（SLM-PDMS）。其中，含有多重动态键的PDMS（S-PDMS）为骨架，LM为柔性导电填料。得益于S-PDMS中丰富的脲基，LM通过界面相互作用进入S-PDMS的超分子网络中。该体系中的硅氧烷链段具有无定形结构，有利于氢键、亚胺键、二硫键和金属键的动态重整；二硫键和金属键促进材料的室温自愈过程，亚胺键赋予了材料在多种环境下的自愈能力，氢键和金属键通过可逆键断裂和重整耗散应变能。此外，LM促进了摩擦起电过程，赋予高效电输出。值得注意的是，多个动态键的协同作用使材料在柔韧性、延展性、摩擦电性能和自愈能力方面达到了良好的平衡。

2.自愈超分子复合摩擦电材料的制备在多层次结构LM-超分子复合材料的自组装过程中，微纳LM液滴通过表面氧化层（Ga2O3）均匀嵌入到S-PDMS中。变温红外等测试表明S-PDMS和Ga2O3壳层之间存在界面相互作用，这对于改善界面相容性制备均匀稳定的复合材料至关重要。

3.自愈与拉伸性能探究

SLM-PDMS复合材料表现出明显的微相分离结构，非晶态硬段由氢键和二硫键组成的超分子聚脲组成，软段由丰富的硅氧烷链组成。这种微相分离促进了局部区域损伤过程中的动态键重整。基于多重可逆动态键的SLM-PDMS有望在RT、盐水和低温等复杂环境中实现自主自愈合。此外，LM赋予了该材料近红外光热自修复能力，扩展了自愈材料的应用场景。而且，掺杂LM过后的复合材料力学性能没有受到影响，得益于LM的高动态性，断裂伸长率和应力获得了增强。DSC和流变行为测试证实其粘流动特性，这是保持超高柔性和动态性的关键。

4.摩擦电性能探究

在掺杂LM后，器件的摩擦电性能获得了显著提升。Ga2O3是一种高界面态半导体，有利于捕获摩擦电荷，因此在连续的接触分离过程中积累的表面电荷量的增加导致电压的增加。表面电势和介电特性的变化进一步证实了LM对电荷转移过程的促进作用。此外，TENG在长期愈合测试和循环测试中都表现出优异的摩擦电性能和鲁棒性，有望长期稳定自供电用于人体健康传感等新兴应用。

5.自供电应变传感器

由于LM与SLM-PDMS良好的润湿性，基于SLM-PDMS与LM制备的单电极应变传感器（C-TENG）实现了摩擦层与电极层的粘附与封装。通过集成到手指等人体关节中，C-TENG实现了对人体运动的超快实时监测并且具备损伤后的快速修复能力。总体而言，C-TENG具有良好的可拉伸性、自愈性、抗拉强度、低延迟、灵敏度和形状适应性，对先进可穿戴传感器的设计具有广泛的意义。

本研究提出了一种利用超分子界面组装策略开发LM超分子复合材料柔性摩擦电材料的新策略。通过将柔性、导电的LM粒子锚定在具有多重动态键的非晶聚合物网络中，成功构建了具有高迁移率的LM超分子自适应复合摩擦电材料。该方法解决了传统柔性摩擦电材料在平衡自愈性、电气性能和机械性能方面的困难，并将材料的恢复能力扩展到复杂的多环境（水下、低温、光照）。该工作为推动柔性自愈TENG在可穿戴自供电传感技术中的应用提供了一条有前景的途径。

原文链接

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00665