《Journal of Colloid and Interface Science》：Confined-interphase bridging–constraint synergy regulating filler motion and chain dynamics in conductive elastomer composites
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柔性传感材料中，PP?–S?导电弹性体通过PVP修饰石墨烯与SR/PEV界面层协同作用，实现拉伸强度提升80.3%、断裂伸长率提高68.9%，灵敏度达2.5×10?且传感范围494%，有效解决传统材料信号漂移问题。
Bangwei Wan|Yong Yuan|Yang Yang|Rongxin Guo|Xiaotao Yu|Yong Yan
中国昆明理工大学土木工程与力学学院，土木工程减灾云南省重点实验室，昆明 650500
摘要
导电弹性复合材料（CECs）由于其固有的柔韧性和可拉伸性，在柔性传感应用中展现出巨大潜力。然而，其实际性能常常受到传感范围有限、灵敏度不足以及卸载过程中明显的“肩部效应”（shoulder effect）的限制，这些因素导致信号不稳定和重复性差。为克服这些限制，本研究通过将聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）改性的石墨烯（GR）导电填料与硅橡胶（SR）和三元共聚物（PEV）之间构建的受限界面域相结合，制备了一种界面限定的导电弹性体（PP?–S?）。PVP的改性显著提高了石墨烯的分散稳定性，并增强了复合材料基体中的界面相互作用。同时，SR/PEV界面作为有限厚度、三维的界面域，有效调控了填料的分布、界面相互作用和界面结合。通过界面增强和空间限定的共同作用，形成了稳定的导电网络。结果，PP?–S?表现出优异的机械性能，拉伸强度达到17.64 MPa，断裂伸长率为1207.52%，分别比未改性体系提高了约80.3%和68.9%。此外，PP?–S?还具有超高的灵敏度（GF = 2.50 × 10?）和宽广的传感范围（494%），同时保持了平滑且无“肩部效应”的机电响应。这些结果表明，界面工程化的导电弹性体为实现高灵敏度和稳定的柔性传感器提供了一种有效策略，凸显了PP?–S?在柔性电子、航空航天设备和可穿戴传感技术中的应用潜力。
部分内容摘录
引言
柔性电子、航空航天结构健康监测和可穿戴生理传感技术的快速发展，增加了对高性能柔性应变传感（FSS）材料的需求[1],[2],[3],[4],[5]（见图1(a)）。在这些应用中，FSS材料必须在较大变形、循环载荷和恶劣环境条件下可靠运行，要求将机械刺激稳定转换为电信号，并同时具备高柔韧性。
材料
甲基乙烯基硅橡胶（SR，等级：110-2S，重量平均分子量Mw 70 × 10^5 g·mol^-1）购自中国东爵有机硅南京有限公司。三元共聚物（PEV；丙烯/乙烯/5-乙烯基-2-诺尔伯烯 = 70/25/5 wt%）和马来酸酐（MA，≥99%）购自东莞张 Mutou Jingbang塑料添加剂贸易部。石墨烯（GR，片径 > 50 μm，层数 < 1 wt%，纯度 > 98 wt%）购自中国科学院成都有机化学有限公司。导电弹性体在受限界面区域内的形成机制
首先，通过将石墨烯（GR）和聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）共分散在N,N-二甲酰氨基甲酸酯（DMF）溶液中，对石墨烯表面进行了功能化处理。这种非共价改性是通过磁力搅拌和超声波处理的共同作用实现的。PVP中的吡咯烷酮环含有极性的羰基（C=O）和含氮的五元环[33]，它们可以通过π-π堆叠和氢键作用选择性地吸附在石墨烯表面，从而减少...
结论
本研究提出了一种导电弹性体设计策略，利用了界面桥接和空间限定的协同效应。通过引入聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）改性的石墨烯（GR）作为表面活性导电填料（PGR），并在硅橡胶（SR）和三元共聚物（PEV）之间构建受限界面，制备出了一种高灵敏度且机械性能优异的界面限定导电弹性体（PP?–S?）。这一策略实现了...
作者贡献声明
Bangwei Wan：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿撰写，资源获取，实验设计，数据管理，概念构思。Yong Yuan：方法学设计，实验实施，资金筹集。Yang Yang：撰写 – 原稿撰写，软件使用，资源管理，项目协调，实验实施，资金筹集，数据分析。Rongxin Guo：项目指导，软件使用，资源管理，数据分析。Xiaotao Yu：项目指导，方法学设计，实验实施。Yong Yan：结果验证，资源管理，方法学设计。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：52368043）的支持。
