AFM: 透明、高拉伸、自愈、粘接、耐冻、抗膨胀的多功能水凝胶，用于水下运动检测和信息传输

导电水凝胶具有综合导电性、机械柔韧性和引入多种智能功能的可能性，因此已成为柔性电子器件的理想材料。然而，水凝胶在水环境中的溶胀大大降低了其在不可避免与水接触的情况下的适用性。本研究提出了一种物理交联复合水凝胶，它具有透明、高度可拉伸、抗膨胀、自主自愈、粘合和抗冻等特性。这种水凝胶是在新型深共晶溶剂（DES）/水体系中通过简单的一步光聚合反应合成的。包括疏水作用、氢键和静电作用在内的动态物理相互作用赋予了这种水凝胶显著的透明度（92%）、自愈合能力（高达 94%）、对各种基底的良好粘附性（91 至 199 kPa）、高韧性（1.46 MJ m-3）、出色的断裂伸长率（高达 2064%）以及在水中的抗膨胀性（在水中30 天的平衡膨胀率为3%），即使在不同pH值（pH1-11）的溶液和其他溶剂中也是如此。由于加入了DES，因此具有优异的抗冻性能。这种透明传感器实现了多功能传感和人体运动检测，具有很高的灵敏度和稳定性。值得注意的是，该传感器通过拉伸和按压实现了水下信息传输，展示了其在水下柔性设备中的巨大潜力。

图文简介

a )合成水凝胶的单体示意图；b )膜厚为1，2，3 mm的水凝胶的透射光谱；c )水凝胶拉伸和扭转前后的照片；d )重量为1 kg的水凝胶( 1 g )的照片；e )水凝胶的双向拉伸演示。

水凝胶的机械性能

a ) PSA-DA和PSA-DA/DES水凝胶在-18 °C下储存30 天后的照片。b ) PSA-DA/DES水凝胶在-40~25℃范围内的储能模量。c )不同DES浓度的PSA-DA/DES水凝胶的DSC曲线。d ) PSA-DA/DES水凝胶在不同溶液中放置30天后的溶胀度。背景网格边长为1 cm。e )水凝胶在水、人工海水和不同溶剂中以及不同pH下30 天的溶胀曲线。

a )水凝胶作为导体在切割前、切割后和自愈合后点亮LED灯泡的照片。b )愈合前后水凝胶的阻抗图。c )相对电阻随拉伸的变化。d )水凝胶应变传感器的响应时间和恢复时间。应变为e ) 1~50%；f ) 100 ~ 500%；g ) 100%拉伸应变下循环测试300 次，传感器的相对电阻变化；h ) 100%拉伸应变下不同拉伸速率( 50~250 mm min-1)循环加载-卸载，传感器的相对电阻变化；i ) 1~100 kPa压力下传感器的相对电阻变化。

a )水下拉伸改变相对电阻的信号。b )水下弯曲手指改变相对电阻的信号。c ) 30 °，60 °，90 °时的折射率。d )莫尔斯码通信传输示意图。e，f )水凝胶传感器在水下通过莫尔斯码通信。g )水下压缩改变相对电阻的信号。h，j )压缩水凝胶，在水下通过莫尔斯电码进行通信。

论文信息

通讯作者：Patrizio Raffa