可穿戴电子设备克服传统医疗设备沉重而笨拙的问题,逐渐呈现高集成度、小型化、低成本的发展趋势,用以实现人体-医疗设备-网络直接或间接相连的目的。现阶段常规使用的可穿戴电子设备往往是硬质且刚性的,这便导致了与人体组织的弹性协调不匹配。柔性可穿戴电子设备因其力学顺应性、延展性、便携性等特点,虽然解决了弹性协调的问题,但是其也存在严重缺陷,例如相比人体组织较低的拉伸延伸率,低透明度、循环载荷下的性能失效以及液体金属泄露风险。为了解决这些问题,可穿戴离子设备应运而生。在可穿戴离子设备中离子触摸板作为人机界面的一种重要形式备受关注。现有的离子水凝胶的拉伸断裂延伸率较低,限制了离子触摸板的潜在应用,并且由于离子触摸板无法抵抗由于摩擦、意外划伤或者切割造成的机械损伤,进而造成设备故障。为了扩展离子触摸板的应用领域并解决离子触摸板在长期使用过程中耐久性问题,需要开发一种可以像人体皮肤一样可以修复损伤并恢复其关键性能的超可拉伸自修复离子触摸板。首先,自修复离子水凝胶的作为自修复离子触摸板的设计基础,其制备与表征须要被考量。聚N,N-二甲基丙烯酰胺（DMA）水凝胶是一种常用的水凝胶,将其作为基础聚合物网络。Li+和Si O2纳米粒子的协同作用而产生的合成位阻导致DMA无法通过一步原位反应而聚合成为水凝胶。受硅藻矿化过程启发,使用预聚PDMA分子链可以突破合成位阻而制备出水凝胶。因为主要水凝胶组元为PDMA、Si O2纳米粒子和Li Cl,故将其简称为DSL水凝胶。0.5DSL水凝胶(0.5表示水凝胶中Li Cl浓度为0.5 mol·L-1)具备超可拉伸性能,其断裂延伸率可达4012%,强度可达36.61 k Pa。加入Li+后水凝胶的力学性能明显增强,其主要原因是一方面Li+可以和PDMA分子链中的羰基形成锂键,增强分子链之间的结合强度。另一方面在合成过程中在Si O2纳米粒子在水合Li+球形电场吸引下发生组装,预聚的PDMA分子加入后会与组装而成的复合体为模板进行进一步聚合,最终形成的SEM形貌为圆孔结构。而未加入Li+的水凝胶,其SEM形貌为薄壁六边形的“冻豆腐”结构。通过力学性能分析可知试件在相同材质及相同体积下,多孔结构要比薄壁六边形结构力学性能要好。同时,0.5 DSL水凝胶具有良好的可塑性、柔顺性、透光性,导电性和一定的热稳定性。其次,为确定自修复离子触摸板的耐久性和服役寿命,DSL水凝胶的自修复性能须要从力学自修复性能和电学自修复性能两方面进行表征。力学自修复方面,3D显微镜和超景深显微镜下DSL水凝胶划伤修复试验表明凝胶浅表划痕可在25℃、接触压力25 k Pa、修复时间2 min下,快速闭合并自修复;修复后可将划痕宽度由原来的约1250μm减少到330μm,划痕深度由原来的2537.1μm变为365.7μm,自修复效果显著。0.5DSL水凝胶在同样的修复条件下的力学自修复效率可达78.42%。DSL水凝胶的力学自修复效率随着时间的增长而增大,随着接触压力的增大而增大,随修复温度的升高而增大。DSL水凝胶的力学自修复的机理为表面张力驱动下聚合物的链扩散和羰基-硅羟基之间氢键的重构。电学自修复方面,DSL水凝胶在25℃下施加约25 k Pa的接触压力持续15 s,电阻恢复接近于初始值,压力释放的过程中观察到水凝胶电阻有轻微的上升,这是由于水凝胶的粘弹性增大了离子导电在溶液中的传输距离。重复切断-电学修复表明DSL水凝胶电学自修复的稳定性。LED指示的有源电路修复试验表明,DSL水凝胶能够稳定实现电子电路的自修复。再次,表面电容式触摸板,由于其设计简单、可连续触摸以及成本低等优点,是一种备受青睐的离子触摸板建构形式。为了构建可穿戴表面电容式皮肤触摸板,须要研究一维和二维表面电容式触摸板的触摸检测原理及表征不同工作状态下的性能。就一维触摸板而言,在触摸点之间距离相等时触摸电流变化量也相等,触摸电流与触摸距离成线性关系,其响应延迟在20 ms以内,空间解析度为10-4m,在4000%的应变率下能正常工作。就二维触摸板而言,在定点触摸检测和连续触摸检测过程中表现良好,并且能在二维拉伸和动态表面下正常工作,但是边缘会出现因电场分布不均匀导致的枕形失真。二维触摸板能够在二维拉伸下和动态表面上正常工作。同时,证明得到DSL水凝胶中少量水分蒸发不影响二维触摸板触摸点的相对位置检测。最后基于二维触摸板制备出了皮肤触摸板。将皮肤触摸板安装在皮肤表面后,皮肤触摸板基线电流增加并表现出与二维触摸板相同的触摸规律。可以通过皮肤触摸板在电脑上实现单击、框选、移动、手写输入、游戏控制等一系列操作。就皮肤触摸板的自修复性能而言,被切断的二维触摸板能在同一位置反复修复,修复后触摸电流没有明显变化。被切断的DSL水凝胶皮肤触摸板在修复后,电学性能近乎完全恢复并且不随时间的延长和触摸次数的增加而发生明显变化。为提高触摸板精度,使用自研的3D打印系统将导电图案打印在水凝胶触摸板表面。导电图案的引入能有效改善水凝胶表面电容触摸板的枕形畸变。所制备出自修复离子水凝胶及表面电容式触摸板的设计方法,不仅能够应用在人机交互、人工智能和移动医疗领域,还将促进下一代超可拉伸、高度动态表面适应性、自修复的类皮肤功能器件的开发,尤其适用于那些要求人体承受极端拉伸、加速和碰撞的应用场景。同时也为未来超柔性显示及触控技术、光学隐身技术、皮肤组织置换技术等应用领域提供设计思路。