在自然界中，生物體爲了長(cháng)久生存和繁衍進(jìn)化出許多優異的特性，例如一些鳥類羽毛及蝴蝶翅膀的超疏水性、魚鱗的非浸潤性等，以适應外部環境達到生存的目的。其中，具有超疏水和自支撐性的超黑蝴蝶翅膀能(néng)感知天氣的變化并做出反應，啓發(fā)了人們去研究和模仿這(zhè)一有趣的現象。具有自支撐形式的二維軟材料因其高度柔性、可變形和自适應的特點而受到廣泛關注，研究者們將(jiāng)其引入功能(néng)膜和集成(chéng)系統的設計中，以實現仿生變形和超靈敏傳感性能(néng)，在軟體驅動、可穿戴傳感器和柔性儲能(néng)等領域顯示出廣泛的應用潛力。

　　盡管自支撐系統爲仿生驅動和軟電子技術提供了一種(zhǒng)新的替代途徑，然而，當暴露在水環境中時，其很難靈敏穩定地捕捉微小/大的機械刺激并給出實時響應。此外，目前的研究主要集中在基于自支撐薄膜或氣凝膠的超疏水機械傳感器的構建上。對(duì)于自支撐的二維薄膜，由于缺乏多種(zhǒng)功能(néng)組件的有效整合，二維薄膜的潛力受到嚴重限制。因此，將(jiāng)具備超薄、導電、可拉伸和超疏水特性的薄膜集成(chéng)到一個系統中仍是挑戰，這(zhè)對(duì)于發(fā)展水下傳感技術具有重要意義。

　　近期，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所陳濤研究員、肖鵬副研究員基于在碳基/高分子複合薄膜的構築及其柔性傳感器方面(miàn)的研究基礎（Chem. Mater., 2016, 28, 7125； ACS Nano, 2019, 13, 4368; Nano Energy, 2019, 59, 422; Nature Commun., 2020, 11, 4359; Nano Energy, 2021, 81, 105617; Adv. Funct. Mater., 2021, 31, 2105323），受到超疏水和自支撐性的超黑蝴蝶翅膀的啓發(fā)，開(kāi)發(fā)了一種(zhǒng)彈性、超疏水、自支撐和導電的柔性傳感器，可實現多功能(néng)的天氣監測及水下傳感與救援。

　　該工作采用界面(miàn)自組裝方法首先在水/空氣界面(miàn)實現了碳納米管（CNTs）/聚二甲基矽氧烷（PDMS）複合薄膜的構築；随後(hòu)采用表面(miàn)功能(néng)化修飾策略在CNTs/PDMS上噴塗超薄的疏水彈性聚合物塗層制備了具有不對(duì)稱三層結構的超疏水PDMS/CNTs/PDMS複合薄膜（PCPM）。通過(guò)表面(miàn)修飾超薄PDMS不僅賦予薄膜優異的機械穩定性，還(hái)可以有效調控其表面(miàn)潤濕性及超疏水穩定性。研究發(fā)現，基于PCPM薄膜的應變傳感器具有高的靈敏度（GF=32.6）、優異的機械穩定性和超疏水穩定性，可在有水的情況下進(jìn)行生理活動的監測。更重要的是，基于自支撐形式的PCPM薄膜應變傳感器可實現不同頻率、強度的降雨及太陽光強弱的實時天氣監測。此外，該自支撐傳感器還(hái)可以進(jìn)一步實現水下快速漂浮、載重、快速運輸和全程實時電流監測的多功能(néng)水上救援工具。因此，自支撐PCPM基傳感器在多功能(néng)傳感系統和水下軟執行器方面(miàn)展現出潛在的應用前景。

　　該工作以“Bioinspired Nanostructured Superwetting Thin-Films in a Self-supported form Enabled “Miniature Umbrella” for Weather Monitoring and Water Rescue”爲題發(fā)表在Nano-Micro Lett., 2021, DOI: https://doi.org/10.1007/s40820-021-00775-4。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（52073295、51803226）、國(guó)家自然科學(xué)基金委中德交流項目（M-0424）、中科院前沿科學(xué)重點研究項目（QYZDB-SSW-SLH036）、中科院國(guó)際合作局（174433KYSB20170061）及王寬誠國(guó)際交叉團隊（GJTD-2019-13）等項目的資助。

受蝴蝶翅膀啓發(fā)的自支撐、超疏水PCPM傳感器的構建及天氣監測和水下救援應用

　　（高分子與複合材料實驗室  黎姗）