陈根：制造高柔韧高导电水凝胶，用银片复合

文/陈根

通常情况下，在柔性高导电性设备的研发制造中，人们会首选金属材料，因为其具有良好的耐久性和导电性。但是，金属材料具有刚性且重量较大，这些特性对于柔性的可穿戴系统及人机接口来说，往往是不可取的。

而水凝胶具有类似组织的柔韧性，可拉伸性，断裂韧性，离子电导率以及与生物组织的相容性。缺点就是，它们的导电率比较低（<100 S cm-1），往往不能够用于数字电路和生物电子。

针对这些问题，卡内基·梅隆大学教授团队研发了一种水凝胶复合材料，其具有高电导率（> 350 S cm-1），并且能够在保持柔顺性（杨氏模量<1 kPa）和变形能力的同时提供直流电。

这种材料通过在经典强韧双网络水凝胶体系聚丙烯酰胺-海藻酸钠（PAAm-Alg）水凝胶中加入低浓度的银片，再通过部分脱水，构筑水凝胶中银片渗流网络。其所得导电水凝胶导电率达374 S cm -1，延伸率达到250%，并且其杨氏模量不超过10kPa，甚至可以媲美人体的脂肪组织。

实际上，在这之前，相关人员尝试过使用具有导电填料的水凝胶复合材料来增加导电性，结果却是水凝胶的柔韧性大打折扣。而现在作为填充物加入水凝胶的银片，其面厚比大，更容易在低含量时达到更高的导电率，所以选其作为复合材料效果则较令人满意。

目前，鉴于这种银片复合水凝胶的高柔性和高导电率，它可以用来参与制造一些柔性机器人；未来，该技术的应用还可能包括肌肉疾病和运动障碍的治疗，例如为中风后难以用手指抓握东西的患者以及易颤抖的帕金森症患者提供帮助。