电子科技大学：研究超级可拉伸电子传感器：可持续聚硫辛酸基弹性体的革命性突破-电子发烧友网

在人工智能快速发展的背景下，柔性可穿戴电子设备对拉伸传感材料的力学性能、环境适应性和可持续性提出了更高要求。传统聚合物基弹性体虽具备良好的力学性能，但存在不可回收、难降解的问题；而现有动态键作用弹性体则受限于单一响应机制，面临弹性差、信号漂移等挑战。聚硫辛酸（PTA）凭借可逆二硫键聚合特性展现出回收潜力，但其固有的低弹性和导电性限制了实际应用，因此开发兼具可持续性与高性能的传感材料成为亟待解决的关键问题。

研究团队通过分子结构设计，创新性地合成了可回收聚硫化网络弹性体Poly (TA-co-TAB)。该材料以硫辛酸（TA）为基础单体，通过阳离子链修饰获得阳离子型硫辛酸（TAB），再与PTA共聚形成共聚物。阳离子链的引入不仅通过增强静电相互作用提升了材料弹性，还优化了拉伸过程中的电学性能，实现了氢键与离子相互作用的协同效应。材料表征结果显示，Poly (TA-co-TAB)的拉曼光谱中，二硫键振动峰从单体TA的511cm-1迁移至508和525cm-1，证实环状二硫键成功转化为聚合物线性二硫键；ATR-FTIR光谱表明共聚合后羰基伸缩振动峰向高频偏移，反映分子间离子键形成增强了酯键强度。凝胶渗透色谱（GPC）测定其数均分子量，元素分析验证了TAB的成功引入。该材料呈现无定形结构，表面致密均匀，热稳定性优于纯PTA（熔点从59℃提升至97℃）。

图1：材料合成与表征

Poly (TA-co-TAB)展现出卓越的综合性能：其一，拉伸性能可调，通过调控TA与TAB的质量比（7:1至15:1），伸长率可在360%至1700%之间调节，当质量比为11:1时达到最优平衡，拉伸率可达1100%；其二，抗疲劳性测试更显优势：在100%应变下经过1500次循环拉伸后，材料的最大应力无显著衰减，应力-应变曲线的滞后环极小；即使在50%应变下循环3000次，仍能保持稳定的力学性能；其三，自修复能力突出，在室温空气中修复30分钟或水下修复60分钟即可恢复力学性能，60℃加热4小时可实现91%应力恢复、94.5%应变恢复和87%韧性恢复，断裂修复响应时间仅96 ms。

图2：Poly（TA-co-TAB）的机械拉伸和愈合性能

Poly (TA-co-TAB)的传感灵敏度优异，在0-100%、100-300%和300-400%应变范围内，灵敏度（GF）分别为2.04、3.55和16.27，最小可检测应变为0.5%。响应速度快且稳定性强，响应/恢复时间仅为117/108 ms，在100%应变下经过1500次循环拉伸后仍无明显信号漂移，50%应变下可稳定循环3000次；同时具备高效电愈合性能，切断后重新对接即可快速恢复导电与传感功能，经室温空气30分钟、室温水下60分钟等不同条件愈合后，仍能在500次循环中保持稳定信号输出。

图3：Poly（TA-co-TAB）传感性与电愈合性能

该弹性体在柔性传感与人机交互领域表现出广泛应用前景。将传感器附着于人体关节（手指、肘部、手腕、膝盖），可精准监测关节弯曲角度变化，实现对人体运动的实时追踪；其高灵敏度使其能够捕捉手腕处的脉搏信号，为生理监测提供可能。

图4：人体运动生理信号检测

在人机交互应用中，通过五个应变传感器组成的可穿戴系统，可将手势信号通过蓝牙传输至机械臂，实现对机械臂的远程操控，完成手势模仿与物体抓取等动作，为医疗辅助和危险环境作业提供了新方案。

图5：手势检测与人机交互

值得关注的是，Poly (TA-co-TAB)具备闭环回收特性。通过简单的碱溶-酸提工艺，可实现82.19%的TA单体回收率。回收后的单体经表征与原始单体化学结构一致，重构的弹性体在力学性能（拉伸强度、循环稳定性）和传感性能（工作范围、灵敏度、电学循环稳定性）上与原始材料基本持平，显著提升了材料的环境可持续性。