随着柔性电子与物联网技术的发展，水凝胶传感器因兼具柔性、轻质与高灵敏度，成为人体运动传感甚至是工业振动监测等领域的潜力候选。然而，传统水凝胶机械强度与低的滞后、损耗往往具有难以兼顾的固有矛盾，长期制约其实际应用。
近期，华南理工大学张安强教授/华南农业大学林雅铃教授团队提出聚合速率差异诱导疏水聚集相分离的设计策略，成功制备兼具机械强韧性、低滞后、低损耗、水下粘附性与宽频传感性能的离子液体水凝胶，为柔性传感器在复杂环境中的应用开辟新路径（图1）。
2025年12月15日，该工作以“Construction of high-strength multifunctional flexible sensors based on hydrophobic aggregation phase separation induced by differences in aggregation rate”为题在Chemical Engineering Journal发表（Chemical Engineering Journal. 2025, 526, 170900）。论文的第一作者是华南农业大学材料与能源学院硕士毕业生陈键均，华南理工大学材料科学与工程学院张安强教授和华南农业大学材料与能源学院林雅铃教授为共同通讯作者。
图1 图文摘要
快聚合的丙烯酸单体优先形成连续相网络支架，提供基础弹性与结构支撑；慢聚合的甲基丙烯酸酯类单体因浓度梯度与相容性差异，并随聚合过程形成疏水聚集域，构成“连续亲水相-分散疏水相”的多尺度异质结构（图2）。其中，作者采用TEM与EDS相结合的技术，较为直观地证实了疏水性的含氟单体在聚合后期更易形成疏水聚集域（图2d-i），该技术也为此类微区聚集结构的表征提供了参考。
图2 结构表征
该水凝胶通过疏水聚集相分离结构与动态作用协同调控，展现出优异且可调节的力学性能。对于水凝胶PAA6.5-TFMA0.5-IL，在100%应变以内，疏水聚集域可作为固定交联点，减少链的滑移和摩擦，从而具有较小的能量耗散、优异的弹性和耐疲劳性能。力学性能随疏水单体（TFMA）含量增加，拉伸强度最高可达4 MPa，这是由于较高的疏水相互作用可通过动态解离-重组耗散能量。（图3）
图3 PAA-TFMA-IL水凝胶的力学性能
流变学实验显示PAA6.5-TFMA0.5-IL水凝胶在低温、高频下仍能保持稳定模量以及较低的损耗因子低疏水含量体系中，疏水聚集交联结构在小应变下无需破坏，弹性势能通过溶剂化聚合物链的构象熵变化储存，故松弛缓慢。（图4）
图4 PAA-TFMA-IL水凝胶的流变特性与应力松弛特性
离子液体固有的导电性赋予了该高强度离子凝胶的应变传感性能，不仅有望在高负荷和复杂的应用场景中实现对人体运动的监测（图5），还因其具有的低滞后、低损耗因子、慢松弛的特性，在不同频率下的振动中具有良好的传感性能，在工业或其他领域具有良好的应用前景（图6）。
图5 PAA-TFMA-IL水凝胶的运动传感
图6 PAA-TFMA-IL水凝胶的振动传感
该工作以“Construction of high-strength multifunctional flexible sensors based on hydrophobic aggregation phase separation induced by differences in aggregation rate”为题在Chemical Engineering Journal发表（Chemical Engineering Journal. 2025, 526, 170900）。论文的第一作者是华南农业大学材料与能源学院硕士毕业生陈键均，华南理工大学材料科学与工程学院张安强教授和华南农业大学材料与能源学院林雅铃教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.170900
该论文在2026-01-09前可免费下载：
https://authors.elsevier.com/a/1m8DI4x7R2oMOC
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