基于分子内二面角结构设计抑制蠕变的柔性聚合物电解质用于可穿戴脑电图监测

《Nature Communications》：Near-Zero Creep Ionic Elastomer for Non-drifting Ear Electroencephalogram Signal Acquisition

　　

摘要

监测和识别耳部脑电图（Ear-EEG）信号为追踪精神状态提供了一种有前景的无创方法。与刚性金属电极相比，聚合物电极具有柔韧性、良好的生物相容性、更强的皮肤黏附性和佩戴舒适性。然而，由于聚合物在持续受力下的蠕变现象，其测量精度常常会受到影响。为了解决这个问题，我们采用了一种分子策略，通过设计的分子内二面角结构来补偿熵损失，从而抑制蠕变。这种共聚物结合了两种不同的交联方式：一部分是由静电自协调作用稳定的柔性段，另一部分是通过共价主链桥连接的刚性段。原位散射和理论模拟表明，这些共价桥接的TAO段呈现出刚性的二面角结构，有效限制了链的滑动并消除了黏弹性。同时，动态二硫键交换进一步增强了材料在变形下的稳定性。这种设计得到的聚合物电解质离子弹性体（称为Poly(TA-co-TAT)-TAO）具有出色的延展性（>200%）和弹性（滞后小于7.5%，160%应变下的恢复率大于99%）。凭借其优异的蠕变抗性（12小时内小于0.4%），该可穿戴EEG设备能够在实际应用中实现可靠、长期的精神状态监测。