柔性电子器件为可穿戴健康监测、运动追踪和人机交互带来了革命性机遇。然而,这些器件大多以传统的平面形式制造,而人体皮肤、植物叶片等生物组织表面却呈现出非平面、多毛、动态形变等复杂特征。真正的“共形接触”要求器件在目标表面的每一个点上都匹配其曲率,但即便是最具拉伸性的柔性电子器件,也只能实现宏观尺度的接触,微观结构起伏使得亚微米级的真正共形难以实现。更棘手的是,传统方法往往需要对器件施加机械弯曲、拉伸或扭曲来逼近目标形貌,这不仅会累积应变能、产生内应力,还可能损伤器件甚至目标生物组织。如何在柔软、动态演变的生物表面上实现无应力、无褶皱的完美贴合,同时还能实现无痛按需移除,一直是该领域面临的巨大挑战。
针对上述难题,南京邮电大学赵强教授、大连理工大学刘军山研究员合作团队提出了一种普适性的固-液-固相变策略。该策略利用水溶性聚乙烯醇(PVA)作为基底,在湿润时临时液化并流动以匹配目标形貌,随后原位固化,形成完美的共形界面。这种重构后的器件能够在皮肤上建立强韧(界面韧性约29J/m²,拉伸强度约161kPa)、可拉伸且无应力的界面。更重要的是,该强韧界面可在强粘附与弱粘附之间可逆切换,并可通过按需溶解实现无痛、无创伤的移除。研究团队通过形状自适应的传感器和电极验证了该方法的有效性,这些器件能够无缝包裹脆弱、蠕动蚕宝宝的身体用于运动追踪,以及覆盖多毛、带刺的叶片用于植物电生理监测,将可穿戴电子的应用边界拓展至此前难以企及的生物表面。相关论文以“Phase-Transition-Driven Adaptive Reconfiguration of Wearable Devices for Conformal Biointerfaces”为题,发表在Advanced Materials上。
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