穩(wěn)健的傳感材料非常適合未來的人機(jī)界面和軟機(jī)器人技術(shù)，但很難實(shí)現(xiàn)，特別是對于需要將特性相互排斥的材料組合在一起的時候。這些特性包括導(dǎo)電性、拉伸性、柔軟性、韌性、可愈合性和耐用性等。就長使用壽命的關(guān)鍵要求而言，材料不僅應(yīng)在損壞時自行愈合，而且應(yīng)在疲勞載荷期間抵抗裂紋擴(kuò)展。

事實(shí)證明，在自愈性和抗疲勞性之間取得平衡對于可拉伸的納米材料離子皮膚（人類皮膚類似物）是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。值得注意的是，大多數(shù)可自我修復(fù)的離子皮膚是通過在離子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中加入動態(tài)共價(jià)或物理交聯(lián)來產(chǎn)生的，這種鏈間動態(tài)設(shè)計(jì)基本上不會有助于抗疲勞斷裂，因?yàn)榫酆衔镦湹牡湍芰繘Q定了在可重復(fù)載荷下易受影響而產(chǎn)生裂紋擴(kuò)展。

相關(guān)報(bào)道引入溶脹的共價(jià)網(wǎng)絡(luò)微球與線性網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可逆糾纏可以實(shí)現(xiàn)高抗疲勞性和自愈性，但由于嵌入式內(nèi)在的柔軟性，由此產(chǎn)生的機(jī)械強(qiáng)度相對較低。與此形成鮮明對比的是，人類皮膚很好地協(xié)調(diào)了可愈合性和抗疲勞性之間的平衡，這源于其富含離子和分層排列的納米纖維可修復(fù)的結(jié)構(gòu)，再由嵌入柔軟的彈性基質(zhì)做支架支撐。

這兩個階段不僅在傷口上真皮層纖維細(xì)胞的幫助下愈合，而且通過將裂紋尖端固定在納米纖維上，賦予人體皮膚非常高的斷裂韌性。因此，人體皮膚可以承受一定撕裂性以及可重復(fù)變形性，每年超過一百萬次循環(huán)而不會疲勞。

圖1 人類真實(shí)皮膚組織構(gòu)造

圖2 本文設(shè)計(jì)的納米人工傳感離子皮膚（一）

圖3 本文設(shè)計(jì)的納米人工傳感離子皮膚（二）

圖4 納米人工傳感離子皮膚拉伸性能展示

圖5 納米人工傳感離子皮膚與真實(shí)人類皮膚特性對比

圖6 不同技術(shù)方案的人工離子皮膚特性測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以下就人工離子皮膚Z為重要的一個特性，類似于人類真實(shí)皮膚的可自愈特性，做一個生動的形象展示。

如圖7人工離子皮膚受到破壞，被切割后，通過電鏡掃描可以清晰的看見被切割的痕跡，但是在過去了24h之后，神奇的一幕發(fā)生了，被切割的痕跡肉眼可見般的發(fā)生了明顯的自愈，再經(jīng)過沖洗離子基質(zhì)后進(jìn)一步發(fā)生了自愈，切割痕跡已經(jīng)基本上消失。

圖7 人工離子皮膚電鏡掃描自愈過程

經(jīng)過低場核磁共振技術(shù)測試，如圖8所示，水在人工離子皮膚中均是以結(jié)合水的狀態(tài)存在，很好的解釋了人工離子皮膚的抗凍性能以及其他特性。

圖8 人工離子皮膚弛豫測試結(jié)果

參考文獻(xiàn)：

[1] Wang J,  Wu B,  Wei P, et al. Fatigue-free artificial ionic skin toughened by self-healable elastic nanomesh[J]. Nature Communications.