“玫瑰向左，荷叶向右”——构筑超疏水表面柔性传感器
信息与通信工程学院
"玫瑰花效应"和"荷叶效应"是自然界中与当前科学研究前沿紧密关联的迷人自然现象，玫瑰花瓣和荷叶表面的细微结构差异导致其表面呈现出截然不同的润湿特性。20世纪70年代德国科学家Barthlott首先利用电子显微镜观察了荷叶表面的微结构，对它的自清洁效应进行了分析，率先揭示了荷叶的超疏水特性。通过化学手段简便、高效的模仿制备具有上述显著润湿差异特性的材料表面是目前仿生材料学领域的挑战性课题。
就目前超疏水表面的制备和实际应用情况来看，稳定性、灵活性、实用性仍是急需解决的问题。同时，市场上常见的超疏水材料常用PTFE等化聚乙烯等含氟聚合物来制作。由于含氟聚合物具有出色的耐候性、耐久性和耐化学腐蚀性等，以含氟聚合物制成的超疏水材料更易防腐蚀，涂层材料寿命也相对更长。但由于含氟聚合物在市场上的价格昂贵，制作出的超疏水材料成本较高而难以在市场上广泛流通使用，因此寻找价格更为适宜，材料性能更为优良的材料以制备超疏水材料是如今超疏水材料发展的方向之一。
同时，随着电子信息技术及产业的迅猛发展，柔性应变传感器在穿戴式设备、人机交互等领域展现出广阔的应用前景，受到了业界和学术界的广泛关注，特别是在生物体监测和健康检测方面应用潜力巨大。通常，柔性应变传感器是由弹性聚合物与导电纳米填料（如石墨烯、碳纳米管）相复合而制得。然而，聚合物基柔性应变传感器易受外界复杂环境的干扰，如雨水浸湿、腐蚀液侵蚀以及低温结冰等，造成其导电网络受损和基底柔弹性下降，使得传感性能和使用寿命受到严重影响，很大程度上限制了柔性应变传感器的应用和发展。此外，将超疏水材料与可穿戴柔性传感应用相结合的超疏水智能涂层未见报道。超疏水表面的提出为设计适应不同复杂环境的柔性应变传感提供了新思路。
因此，本团队拟实现面向水下运动应用的超疏水材料，实现更具自洁性的可穿戴疏水传感纺织品，决定开展研发基于超疏水材料的水下运动的可穿戴传感单元，将超疏水材料与柔性传感器相结合，解决柔性传感器制备工艺复杂、表面结构不稳定、防水性能差等一系列问题。这项创新性的技术旨在解决现有传感纺织品在水下领域中的局限性，并为水下监测提供更加精确，受汗液、微生物等影响更小的水下传感器，从而提高水下传感器的精度和使用寿命，为使用者提供准确的监测和反馈服务。在这个项目中，项目开发团队不仅将构筑研发超疏水表面柔性传感器，还将自行制备超疏水表面作为柔性传感器的核心材料。通过自行制备超疏水表面，本团队可以控制材料的制备过程，优化其性能和稳定性，从而确保传感器在水下环境中的可靠适应性。超疏水材料作为传感器材料在水下运动领域的应用仍处于起步阶段，自行制备超疏水材料将为项目带来技术创新性。
本项目将采用超疏水柔性传感器作为关键技术，将超疏水表面同柔性应变传感器相结合，研究兼具制备工艺简单、灵敏度高、应变感应范围宽、表面结构稳定和防水性能优异特点的多功能超疏水柔性应变传感器，该传感器具有优异的适应性和可穿戴性，更具有自洁性，能极大程度扩展传感器应用范围，延长其使用寿命，减少维护成本，有望为传感器技术在水下领域带来创新性成果。
水下超疏水表面柔性传感器的应用前景非常广阔，包括但不限于以下方面：
1.动物活动监测：为动物活动监测提供可以长期使用，不用维护的精确传感器，用于追踪深海环境中的生物、监测海洋动物迁移等行为。
2.水下机器人：应用超疏水表面柔性传感器的水下机器人能进行更长时间的作业活动，不易受各种环境因素的影响，同时也使得机器人能够被实时获取位置、姿态、加速度、力、矩等参数，从而更准确、更有效地完成相应的任务。
3.水下科研与探索：该传感器可以在较大的外部张力、冲击载荷和水环境中保持正常性能，为水下作业者提供生理信号反馈，提高水下活动的安全性，为水下科研人员提供高精度运动监测技术。
4.水下体育用品：超疏水材料能减少对水下体育用品的清洗次数，延长其使用寿命，减少维护成本。同时超疏水材料不易受环境因素影响，能提供为使用者提供更准确的数据，实现对人体的水下运动感知、健康检测等功能。
本项目目标是开发一种稳定具有自洁能力的超疏水表面柔性传感器，结合各种水下监测用品的需要，实现水下监测用品使用寿命的增长、维护成本的降低、监测精度的提升。项目团队希望该项目的成功可以为水下监测领域带来创新性的解决方案，为水下监测用品带来更好的保护。同时，项目团队相信这项技术的应用将益于整个水下监测用品的发展，为水下运动监测以及海洋科考注入新的力量。
