隨著電子皮膚🥤、健康管理♋️、極端壓力監測等需求的不斷增長，寬響應範圍柔性壓敏電子器件的研發日益迫切🦮。近年來👌🏻，柔性氣凝膠基壓敏電子器件由於輕質和優良傳感性能而備受關註🐱👨🏽‍✈️。然而，氣凝膠的可拉伸性和彈性通常較差🤷🏿‍♂️🕵🏿‍♂️，且目前柔性壓敏電子器件檢測範圍通常較窄，難以滿足寬範圍壓力傳感的實際需求。寬響應範圍高性能柔性壓敏電子器件的構建充滿挑戰。

鑒於此，材料科學與工程學院祖國慶課題組采用溶膠-凝膠/熱壓/冷凍鑄造/常壓幹燥的新策略，構建了具有梯度模量多孔結構的可拉伸、超彈性還原氧化石墨烯（rGO）/聚氨酯（PU）納米復合氣凝膠（圖1），實現了超寬響應範圍柔性壓敏電子器件👩🏻‍🔬。相關研究成果以“Bioinspired gradient stretchable aerogels for ultrabroad-range-response pressure-sensitive wearable electronics and high-efficient separators”為題發表在Angewandte Chemie International Edition（《德國應用化學》）上，並被選為VIP論文👩🏿‍⚖️。

圖1 氣凝膠的梯度結構和機械性能 

該梯度氣凝膠由三層不同模量的rGO/PU氣凝膠構成。通過熱壓法得到的高模量rGO/PU氣凝膠層有效減緩高壓力下的電阻變化飽和趨勢，有效提升其壓力檢測上限。低模量rGO/PU氣凝膠層在低壓力下具有高的電阻變化率👮‍♂️，有效降低其壓力檢測下限。因此🧔🏼‍♀️，所得梯度氣凝膠壓敏電子器件展現出破紀錄的1 Pa-12.6 MPa的極寬響應範圍，並具有極好的抗疲勞性能（圖2）。

 圖2 梯度氣凝膠壓敏電子器件的壓力傳感性能 

該梯度氣凝膠基壓敏電子器件可用於監測各種人體運動/生理信號和汽車輪胎的極端壓力🎅🏻😋，並且穿戴在仿生手上可實現機器人或假肢的寬範圍觸覺感知（圖3）🦢。此外✖️，該梯度氣凝膠還具有優異的分離性能🧚🏼，可作為梯度分離介質進行汙水凈化👩🏻‍🦼。該工作提供了一種構建柔性梯度材料的通用策略，為下一代可穿戴電子器件🕌、傳感器、吸附/分離、電磁屏蔽🎀、儲能等研究提供了新思路👨🏽‍🔬。

圖3 梯度氣凝膠壓敏電子器件用於監測人體運動/生理信號以及寬範圍觸覺感知仿生手

論文第一作者為材料科學與工程學院博士生張小宇，通訊作者為博士生導師祖國慶。課題組從事基於多孔材料（如氣凝膠和離子凝膠）的柔性可穿戴電子器件👳‍♀️🧑🏼‍🏭、智能傳感、儲能🩸🧘🏼‍♀️、熱管理等方面的研究⛄️。目前在Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、ACS Mater. Lett.等期刊發表學術論文29篇。曾擔任Frontiers in Materials客座副主編🙄。多項研究成果得到了EurekAlert🧗🏿、Wiley Newsroom等國外權威媒體的高度評價。