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  如今，柔性電子設(shè)備發(fā)展迅速，其在健康監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)追蹤和人機(jī)交互等領(lǐng)域都展現(xiàn)出了巨大潛力。導(dǎo)電水凝膠是廣泛應(yīng)用柔性電子領(lǐng)域重要柔性材料。水凝膠抗凍性、抗失水性及力學(xué)強(qiáng)度等是影響其在可穿戴器件領(lǐng)域應(yīng)用的重要因素。水凝膠在低溫環(huán)境下凍結(jié)，同時(shí)載流子傳輸減慢，致使其柔韌性和電導(dǎo)率嚴(yán)重下降，在高溫環(huán)境易失水導(dǎo)致力學(xué)性能失效。目前，常用策略是進(jìn)行聚合物網(wǎng)絡(luò)修飾或向凝膠體系中引入多元醇等抗凍劑，通過上述方法最高可將水凝膠凝固點(diǎn)降低至-50 ℃附近，但往往無法有效提高低溫下的電導(dǎo)率，因此如何兼顧低溫下的柔性和導(dǎo)電性仍然是個(gè)挑戰(zhàn)。

  基于此，天津大學(xué)封偉教授FOCC團(tuán)隊(duì)通過增強(qiáng)凝膠組分與水分子相互作用，甲基丙烯酰胺在室溫下自組裝形成疏水域，有效地提升了導(dǎo)電水凝膠的抗溶脹性（7天后溶脹率為11%）。丙烯酰胺與纖維素納米纖維的羥基和甲基丙烯酰胺的酰胺基形成多重動(dòng)態(tài)氫鍵，提高了材料的力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度554.37 kPa），賦予材料自修復(fù)能力（3 h內(nèi)自修復(fù)效率=92.51%±0.40%）。離子液體作為導(dǎo)電介質(zhì)和水鎖劑，賦予導(dǎo)電水凝膠在寬溫度范圍（?50 °C至80 °C）內(nèi)具有優(yōu)異的應(yīng)變傳感性能。其應(yīng)變傳感范圍在?50 ℃、25 ℃和80 ℃時(shí)分別達(dá)到526%、890%和300%，應(yīng)變系數(shù)分別為1.1、2.7和1.7。所制備的導(dǎo)電水凝膠可用于寬溫域環(huán)境下人體運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)，為柔性傳感材料領(lǐng)域提供了一種新的解決方案。

  2025年6月15日，相關(guān)研究成果以“Design of High-Temperature-Tolerant, Self-Healing, and Anti-swelling Ion-Conductive Hydrogels for Reliable Flexible Electronics”為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Macromolecules》上。2020級(jí)博士生于云飛和博士后張志興為論文共同第一作者，通訊作者是天津大學(xué)封偉教授。本研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目以及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目支持。

圖1 導(dǎo)電水凝膠的制備示意圖。

圖2 導(dǎo)電水凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。

圖3 導(dǎo)電水凝膠的力學(xué)性能和抗溶脹性。

圖4 導(dǎo)電水凝膠的自修復(fù)性能。

圖5 導(dǎo)電水凝膠的保水性和分子間相互作用模擬。

圖6 導(dǎo)電水凝膠的寬溫域應(yīng)變傳感性能。

  文章信息：Yunfei Yu, Zhixing Zhang, Shuo Wang, Wei Feng*. Design of High-Temperature-Tolerant, Self-Healing, and Anti-swelling Ion-Conductive Hydrogels for Reliable Flexible Electronics. Macromolecules, 2025, DOI: 10.1021/acs.macromol.5c01230.

  全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.macromol.5c01230

通訊作者簡(jiǎn)介：

封偉，天津大學(xué)二級(jí)教授、博導(dǎo)。國(guó)家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國(guó)家杰出青年基金獲得者，科技部中青年創(chuàng)新領(lǐng)軍人才, 天津市杰出人才，天津市海河英才，天津市首批“131”創(chuàng)新型人才團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士（FRSC），日本學(xué)術(shù)振興委員會(huì)JSPS高級(jí)訪問學(xué)者，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家。任第七屆、第八屆教育部科技委學(xué)部委員、中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)常務(wù)理事、導(dǎo)熱復(fù)合材料分會(huì)會(huì)長(zhǎng)、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)材料分會(huì)高分子材料專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)高分子材料與工程分會(huì)常務(wù)理事、纖維材料改性與復(fù)合技術(shù)分會(huì)常務(wù)理事、SAMPE中國(guó)大陸總會(huì)智能復(fù)合材料專委會(huì)副主任委員等職。主要從事功能有機(jī)碳復(fù)合材料，高導(dǎo)熱復(fù)合材料，光熱能轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)材料，高性能氟化碳材料以及智能響應(yīng)功能復(fù)合材料方向研究，研究成果在Chem.Soc. Rev.、Prog. Mater. Sci.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed等期刊上發(fā)表文章200余篇、出版學(xué)術(shù)專著4部、授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利80余項(xiàng)，授權(quán)國(guó)際專利5項(xiàng)。獲得教育部、天津市、中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)等省部級(jí)自然科學(xué)獎(jiǎng)、技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)等一等獎(jiǎng)5項(xiàng)。