浙江农林大学，杭州师范大学：机械延展、离子导和耐低温水凝胶柔性应变传感器

【浙江农林大学，杭州师范大学：机械延展、离子导和耐低温水凝胶柔性应变传感器】

在过去的十年中，导电水凝胶因其优异的机械延展性、安全性和简单的制造工艺，在可穿戴电子设备领域引起了极大的关注。特别是，与传统的聚合物材料（例如PDMS）相比，基于水凝胶的传感器显示出对表皮或肌肉组织更优异的机械适应性。

不幸的是，由于水分子的冰点相对较高，传统的导电水凝胶在低温环境（零度以下）下不可避免地冷冻，从而导致其特性（包括弹性，导电性和传感性能）的退化。这一缺点严重地阻碍了导电水凝胶作为各个领域的潜在应用，例如南极考察和高纬度地区的户外健康监测等。因此，急需实现导电水凝胶材料的长期稳定的抗冻性能。

为了解决上述问题，研究人员已经尝试了许多策略，例如，将多元醇和离子液体引入基质或将醇分子接枝到聚合物链中，以通过破坏水分子和聚合物之间的强氢键来抑制晶体的形成。然而，在聚合物链的改性工程中，尽管水凝胶的冷冻耐受性有了显著改善，但繁琐且对环境不友好的改性过程几乎不能满足实际应用中商业化的要求。此外，机械和电气性能之间的不良权衡是上述策略中的另一个难题。因此，探索一种在极低温度环境下同时赋予导电水凝胶可变机械性能和高导电性的简单，绿色和有效的方法非常重要。

该工作选用聚丙烯酰胺和壳聚糖组成的杂化网络结构作为水凝胶基底，通过壳聚糖链纠缠和壳聚糖改性氧化石墨烯片（CGO）增强其交联结构，通过掺杂高浓度的氯化钠溶液进行改性，赋予了增强的聚合物结构和稳定的导电路径，从而产生了多功能的整体性能。该水凝胶（PAC-CGO-Na）表现出高度增强的力学性能，基于此制备的拉伸传感器在大范围（1216%）的变形条件下显示出稳定的传感性能，以及出色的灵敏度和快速响应（≈120 ms）。重要的是，这种基于水凝胶的传感器在低至-20°C的温度下仍保持良好的电化学稳定性和出色的机械可靠性。

审核编辑 黄昊宇