仿叶片层级脉管网络弹性体的双模式协同呼吸监测研究

本研究针对合成弹性体难以仿生天然材料有序结构的难题，通过模拟双子叶植物叶片层级脉管网络，开发了一种基于羧甲基壳聚糖（CMCS）、铜离子（Cu2+）配位、羧基丁苯橡胶（XSBR）和低共熔溶剂（DES）的仿生弹性体。该材料兼具卓越机械强度（11.70±0.34 MPa）与离子电导率（2.51×10?2±1.89×10?3 S m?1），并实现湿度响应性电压/电阻双模式呼吸监测，为柔性传感提供新策略。

　　

通过仿照叶片的结构单元，采用自下而上组装策略构建了双子叶植物叶片层级脉管网络的仿生弹性体。该设计通过四种协同机制实现卓越机械强度（拉伸强度11.70±0.34 MPa）和离子电导率（2.51×10^?2±1.89×10^?3 S m^?1）：羧甲基壳聚糖（CMCS）模拟纤维素β-(1→4)-糖苷骨架增强作用，铜离子（Cu²⁺）配位模仿木质素的增韧功能，羧基丁苯橡胶（XSBR）提供类叶肉弹性，而低共熔溶剂（DES）渗透的离子通道实现高效电荷传输。此外，仿生脉管网络在吸湿后厚度增加1.21 nm，导致离子通道扩宽并提升电导率。同时，吸收的水分降低DES粘度，促进离子和分子链迁移。利用这种协同效应，叶片启发弹性体展现卓越湿度响应特性，同时实现电压和电阻信号的双模式监测。