南京林业大学陈楚楚教授课题组 CEJ：受蟹壳天然结构启发的甲壳素微纳米纤维基可穿戴传感基材绿色合成方法

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仿生设计：从蟹壳启发的巧妙构思与绿色制备

自然界中，蟹壳由甲壳素纳米纤维与蛋白质形成有序的层状复合结构，通过氢键等分子作用实现高强度与高韧性的统一。受此启发，研究团队从废弃蟹壳中提取并构建了具有三维层状结构的甲壳素微纳米纤维（ChMNF）生物模板，随后引入绿色可聚合深共熔溶剂（PDES，丙烯酸/氯化胆碱），在无需任何化学引发剂与交联剂的条件下，通过一步紫外光聚合，成功制备出仿生复合凝胶（C-Gels）。

力学性能：实现高强度与高韧性的协同

传统凝胶材料往往顾此失彼——高强度则脆，高拉伸则软。本研究通过上述仿生复合策略，使得材料同时获得了优异的拉伸强度、延展性与韧性。其中C-Gel₄（AA:ChCl = 4:1）拉伸强度达16.05 MPa，断裂伸长率约148%，韧性达到了19.76 MJ/m³，并在2000次加载循环后未发生明显损坏。与文献报道的多种凝胶对比，C-Gel在强度-韧性协同方面展现出明显优势。

自粘附与自修复：动态键合赋予实用功能

C-Gel凭借聚合物链中丰富的-COOH和-COO⁻基团，对多种基底表现出普适性粘附。定量剪切测试显示，其对PET和纸张的粘接强度分别达5.24 MPa和2.84 MPa。其自修复能力源于动态氢键网络，切断的样品在愈合48小时后，断面几乎消失，修复后的拉伸强度可恢复至6.6 MPa，展现了出色的实用可靠性。

环境耐受性：极端条件下的性能保持

热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）证实了材料良好的热稳定性与抗冻特性。力学性能测试表明，在-60 °C至60 °C的极端温度范围内，C-Gel₄的拉伸强度始终高于5.3 MPa，断裂伸长率超过220%，韧性在极端高低温下仍分别保持13.86 MJ/m³和10.65 MJ/m³。

多刺激响应传感：应变、温度、湿度、紫外线响应

基于C-Gel的传感器表现出多模态传感能力。在应变传感方面，其对小至2%、大至50%的应变均能产生灵敏、可逆且重复性良好的电流响应（ΔI/I₀），在1%-10%应变区间内呈现线性响应（GF ≈ 0.831），且在1000次30%应变循环后信号稳定。同时，该传感器对温度（25-85 °C）、湿度（36%-80% RH）和紫外线均能产生快速、明显的响应信号，其中对UV照射的响应和恢复时间分别仅为0.2秒和0.1秒。

人体运动监测：柔性可穿戴电子基材

将C-Gel传感器贴附于人体，可准确捕捉从吞咽、吹气等微小肌肉活动，到手指、手腕、颈部等大关节弯曲运动，产生的电信号变化（ΔI/I₀）与动作幅度及角度具有良好的对应关系，并能清晰区分不同弯曲角度（30°/60°/90°）。红外热成像实验显示，在模拟日光照射下，C-Gel的温升行为与猪皮肤（常用人体皮肤模型）高度相似，证实了其用于仿生电子皮肤的适用性。

柔性OLED应用：柔性显示

研究成功将C-Gel作为柔性基底，制备了有机发光二极管（OLED）器件。该器件在8V电压下开启，最大亮度达到924 cd/m²，峰值电流效率为0.89 cd/A，在12V驱动下于514 nm处呈现电致发光峰。器件在弯曲状态下仍能保持均匀发光，初步验证了C-Gel作为未来可拉伸、可折叠显示器件基底的潜力。

该工作以题为“Crab shell-enabled fabrication of multifunctional chitin composite gels with synergistic robustness and stretchability”的论文发表在期刊《Chemical Engineering Journal》。论文通讯作者为南京林业大学材料科学与工程学院陈楚楚教授，该研究受到国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171669

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