综述：可穿戴自修复聚硅氧烷材料与传感器的研究进展

这篇综述系统阐述了聚硅氧烷（PDMS）的自修复机制及其在可穿戴电子设备中的应用，重点分析了氢键、π-π相互作用、金属配位等动态键对材料机械性能与修复效率的影响，并探讨了其在柔性应变传感器、摩擦纳米发电机（TENG）和钙钛矿太阳能电池（PSCs）中的创新应用。

　　

可穿戴自修复聚硅氧烷材料与传感器的研究进展

自修复聚硅氧烷弹性体的结构设计

聚硅氧烷（PDMS）因其优异的柔性和生物相容性成为可穿戴电子的理想基材。其自修复机制分为外源修复（如微胶囊/微血管系统）和内源修复（动态键）。外源系统通过释放修复剂实现单次修复（效率55%-98%），但受限于负载量；内源系统则通过氢键（25-40 kJ/mol）、π-π堆叠或金属配位（如Zn²⁺
）实现多次修复，其中氢键密度和强度的平衡是关键。例如，含硫脲键的PDMS-NH₂
材料可实现2880%的延伸率和96.2%的室温修复效率。

动态键协同优化策略

单一动态键常面临强度与修复效率的权衡。例如，芳香二硫键（S-S）使PDMS在室温下修复，而脂肪族二硫键需60℃加热。通过多重动态键协同（如氢键+二硫键+金属配位），可制备拉伸强度2.5 MPa、修复效率97%的材料。值得注意的是，硼酸酯键和希夫碱（imine）虽修复温度低，但机械强度不足（<1 MPa），需结合高密度氢键网络提升性能。

可穿戴电子应用场景

1. 电子皮肤：AgNWs（银纳米线）或MXene嵌入PDMS可制备柔性应变传感器，但高填料浓度会抑制链段运动。表面微结构（如微柱阵列）能将检测灵敏度提升10倍，而动态银-硫键可恢复电性能。
2. 摩擦纳米发电机：PDMS作为负摩擦材料易磨损，含二硫键的PDMS-聚酰亚胺共聚物可在100℃下3小时内恢复63.6%发电效率。多孔PDMS结合PVDF（聚偏二氟乙烯）可倍增输出功率。
3. 钙钛矿太阳能电池：PDMS中的吡啶二羰酰胺配体可稳定Pb²⁺
   晶格，使柔性PSCs效率达19.5%，并通过氢键实现80%性能恢复。

挑战与展望

未来需突破微胶囊载量限制（<10 wt%）、开发多重氢键（如六重键）增强强度，并优化导电凝胶（如离子液体/PDMS）以平衡机械性能与自修复性。此外，仿生微结构传感器的耐久性和钙钛矿界面稳定性仍是研究重点。