【浙江農(nóng)林大學(xué)，杭州師范大學(xué)：機(jī)械延展、離子導(dǎo)和耐低溫水凝膠柔性應(yīng)變傳感器】

在過(guò)去的十年中，導(dǎo)電水凝膠因其優(yōu)異的機(jī)械延展性、安全性和簡(jiǎn)單的制造工藝，在可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注。特別是，與傳統(tǒng)的聚合物材料（例如PDMS）相比，基于水凝膠的傳感器顯示出對(duì)表皮或肌肉組織更優(yōu)異的機(jī)械適應(yīng)性。

不幸的是，由于水分子的冰點(diǎn)相對(duì)較高，傳統(tǒng)的導(dǎo)電水凝膠在低溫環(huán)境（零度以下）下不可避免地冷凍，從而導(dǎo)致其特性（包括彈性，導(dǎo)電性和傳感性能）的退化。這一缺點(diǎn)嚴(yán)重地阻礙了導(dǎo)電水凝膠作為各個(gè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，例如南極考察和高緯度地區(qū)的戶外健康監(jiān)測(cè)等。因此，急需實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電水凝膠材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定的抗凍性能。

為了解決上述問(wèn)題，研究人員已經(jīng)嘗試了許多策略，例如，將多元醇和離子液體引入基質(zhì)或?qū)⒋挤肿咏又Φ骄酆衔镦溨校酝ㄟ^(guò)破壞水分子和聚合物之間的強(qiáng)氫鍵來(lái)抑制晶體的形成。然而，在聚合物鏈的改性工程中，盡管水凝膠的冷凍耐受性有了顯著改善，但繁瑣且對(duì)環(huán)境不友好的改性過(guò)程幾乎不能滿足實(shí)際應(yīng)用中商業(yè)化的要求。此外，機(jī)械和電氣性能之間的不良權(quán)衡是上述策略中的另一個(gè)難題。因此，探索一種在極低溫度環(huán)境下同時(shí)賦予導(dǎo)電水凝膠可變機(jī)械性能和高導(dǎo)電性的簡(jiǎn)單，綠色和有效的方法非常重要。

該工作選用聚丙烯酰胺和殼聚糖組成的雜化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為水凝膠基底，通過(guò)殼聚糖鏈糾纏和殼聚糖改性氧化石墨烯片（CGO）增強(qiáng)其交聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過(guò)摻雜高濃度的氯化鈉溶液進(jìn)行改性，賦予了增強(qiáng)的聚合物結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的導(dǎo)電路徑，從而產(chǎn)生了多功能的整體性能。該水凝膠（PAC-CGO-Na）表現(xiàn)出高度增強(qiáng)的力學(xué)性能，基于此制備的拉伸傳感器在大范圍（1216%）的變形條件下顯示出穩(wěn)定的傳感性能，以及出色的靈敏度和快速響應(yīng)（≈120 ms）。重要的是，這種基于水凝膠的傳感器在低至-20°C的溫度下仍保持良好的電化學(xué)穩(wěn)定性和出色的機(jī)械可靠性。

審核編輯 黃昊宇