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  近年來，柔性電子在可穿戴器件、能量存儲(chǔ)、電子皮膚等領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展，水凝膠材料憑借其優(yōu)異生物相容性及良好機(jī)械柔韌性，展示了無限潛能。然而，由于溶劑分子侵蝕作用，大部分水凝膠材料在水或油等液體環(huán)境下無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定應(yīng)用。

圖1 抗溶劑非溶脹水凝膠結(jié)構(gòu)示意圖

  針對(duì)這一問題，長春工業(yè)大學(xué)高光輝教授團(tuán)隊(duì)提出了構(gòu)建親疏水協(xié)同的分子網(wǎng)絡(luò)抵抗溶劑侵蝕作用的策略，實(shí)現(xiàn)了水凝膠材料在水溶液和有機(jī)溶劑環(huán)境下的穩(wěn)定性能。研究人員將親水的丙烯酸和疏水的丙烯酸甲氧乙基脂在水和二甲基亞砜的混合溶液下聚合成膠，利用石墨烯作為導(dǎo)電媒介，成功地制備了抗溶劑非溶脹水凝膠。所制備的水凝膠實(shí)現(xiàn)了在水或油等多種溶劑下對(duì)各種運(yùn)動(dòng)的應(yīng)變感知。當(dāng)水凝膠在水溶液環(huán)境下，水分子會(huì)滲透進(jìn)入凝膠內(nèi)部置換體系的二甲基亞砜分子，誘導(dǎo)了體系內(nèi)疏水分子的聚集，有效提高分子間內(nèi)聚力并在凝膠表面形成緊密的疏水“保護(hù)層”。另一方面，水分子及親水性組分也可以有效地抵抗有機(jī)溶劑分子的侵蝕作用。因此，該水凝凝膠展示出了優(yōu)異的抗溶劑性能，擴(kuò)寬了水凝膠在柔性電子領(lǐng)域的應(yīng)用場景。本論文“Solvent-Resistant and Nonswellable Hydrogel Conductor toward Mechanical Perception in Diverse Liquid Media”發(fā)表在《ACS Nano》期刊上，第一作者為長春工業(yè)大學(xué)博士研究生劉鑫同學(xué)，唯一通訊作者為高光輝教授。

圖2 水凝膠在不同溶劑環(huán)境下的應(yīng)力感知

  近五年來，該研究團(tuán)隊(duì)一直致力于粘韌水凝膠材料的設(shè)計(jì)及其在醫(yī)用敷料、柔性傳感與能量存儲(chǔ)等應(yīng)用的研究，在《Advanced Functional Materials》、《ACS Nano》、《Chemical Engineer Journal》、《Journal of Materials Chemistry A》等期刊共計(jì)發(fā)表近80篇SCI研究論文。2017年首次提出核酸堿基增粘水凝膠新策略，實(shí)現(xiàn)了5種堿基增粘水凝膠材料及對(duì)各種固體基質(zhì)和生物組織的高強(qiáng)度粘結(jié)，包括：金屬、塑料、橡膠、硅膠、陶瓷、木頭、以及小鼠的心、肝、脾、肺、腎等生物組織（Adv. Funct. Mater. 2017, 1703132）。在此基礎(chǔ)之上，研究人員通過合理地設(shè)計(jì)聚合物的分子體系，成功地賦予了堿基增粘水凝膠材料優(yōu)異的高強(qiáng)度粘性、抗疲勞粘性、水下粘性、以及各種溶劑環(huán)境下的對(duì)各種材料的抗溶劑粘性（Adv. Funct. Mater. 2019, 1900450; ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 17645; Polym. Chem., 2018, 9, 4535; ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 6644）。為了進(jìn)一步拓展研究體系，該研究團(tuán)隊(duì)將核苷酸、氨基酸、蛋白質(zhì)、多糖等系列分子引入到水凝膠材料中，成功地賦予其優(yōu)異的粘韌性能（J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 9373; Chem. Eng. J. 2020, 398, 125555; Chem. Eng. J. 2019, 375, 121915; Chem. Mater. 2019, 31, 5881; ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 25613）。

圖3 水下粘性展示及抗溶劑粘性性能

  同時(shí)，該研究團(tuán)隊(duì)嘗試將一系列水凝膠材料作為應(yīng)變傳感器件應(yīng)用到人體可穿戴和應(yīng)變感知等領(lǐng)域，成功實(shí)現(xiàn)了其對(duì)人體活動(dòng)快速精準(zhǔn)監(jiān)測，包括細(xì)微的發(fā)聲、呼吸和大尺度的關(guān)節(jié)彎曲以及走路、跳躍等運(yùn)動(dòng)的感知（Chem. Eng. J. 2020, 394, 124898; J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 4515; J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 25441; Chem. Mater. 2019, 31, 9522; ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 28336）。

圖4 多體系粘韌水凝膠的應(yīng)變傳感

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05932

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