由於具有優異的拉伸性和應變響應能力，基於導電水凝膠的柔性感測器在智慧可穿戴電子領域受到廣泛關注。然而，缺乏惡劣的環境耐受性和自恢復特性嚴重限制了它們的實際應用。因此，迫切需要開發具有抗凍和保水能力的抗疲勞水凝膠。最近，湖南工業大學科研團隊基於氫鍵交聯策略使用面部凝膠構建了一種完全物理交聯的明膠/聚（N-羥乙基丙烯醯胺）/甘油/氯化鋰雙網路（明膠/pHEAA/Gly/LiCl DN）有機水凝膠一鍋法。
DN 有機水凝膠中的動態氫鍵提供了有效的能量耗散途徑，產生了具有高拉伸強度/應變（2.14 MPa/1637.49%）、快速自恢復特性和強介面韌性的凝膠。水和甘油二元溶劑的引入使DN有機水凝膠具有優異的防凍和保水效能。此外，基於有機水凝膠製造了一個簡單的柔性感測器，用於檢測人體運動。該感測器不僅表現出卓越的靈敏度 (GF = 14.54)、寬應變範圍 (0–1600%) 和高響應速度 (0.2 s)，而且在不同機械變形和低溫 (-20 °C) 下也能提供準確可靠的訊號。）。這項工作為構建具有抗凍和保水能力的高機械和感測效能有機水凝膠感測器提供了一種可行的方法，極大地促進了柔性感測器在智慧可穿戴電子裝置、電子面板和人機介面。
圖 1 明膠/pHEAA/Gly/LiCl DN 有機水凝膠的合成示意圖。
圖 2 DN 有機水凝膠可以 (a) 透過注入模具來適應不同的形狀，(b) 承受交叉拉伸，(c) 舉起 500 g 的重量和 (d) 承受打結和拉伸至其原始長度的 12 倍 -10℃。
圖 6 (a) g10H50 水凝膠和 g10H50G1:1-L5 有機水凝膠在 -40 °C 下的扭曲和拉伸。(b) 有機水凝膠在 -10 °C、-20 °C、-30 °C 和 -40 °C 下的拉伸應力-應變曲線。(c)不同水甘油比的凝膠在 25°C 和 40%RH 長期儲存下的重量變化。(d)不同水/甘油比的明膠/pHEAA/Gly/LiCl 凝膠在 30°C 至 220°C 下的 DSC 曲線。
圖 7 (a) 使用明膠/pHEAA/Gly/LiCl DN 有機水凝膠作為導體，具有 9 V 恆定電壓和 LED 的電路示意圖。有機水凝膠在 (b) 彎曲、(c) 原始長度和 (d) 拉伸狀態下的 LED 照明條件。(e) 斷開的有機水凝膠可以在沒有外部刺激的情況下透過自我修復重新點亮 LED。
圖 10 基於明膠/pHEAA/Gly/LiCl DN 有機水凝膠的應變感測器用於監測（a）肘部、（b）腕部、（c）膝部和（d）手指的運動。(e) 說“你好嗎”和 (f) 皺眉時相對阻力的變化。
圖 11 (a) 明膠/pHEAA/Gly/LiCl 有機水凝膠在室溫、-20 °C 和-80 °C 下的 LED 照明條件。(b) 明膠/pHEAA/Gly/LiCl DN 有機水凝膠應變感測器相對電阻的變化用於監測 (b) 肘、(c) 腕、(d) 膝和 (e) 手指的運動 -20℃。
相關論文以題為High toughness fully physical cross-linked double network organohydrogels for strain sensors with anti-freezing and anti-fatigue properties發表在《Materials Advances》上。共同通訊作者分別是湖南工業大學龔亮博士、湯建新教授。
參考文獻：
doi.org/10.1039/D1MA00618E
