柔性电容传感器（FCS）因能够模拟皮肤的行为，将机械变形转化为可测量的电信号，正在人体运动检测、医疗监测和人机交互等领域展现巨大潜力。理想的FCS需要兼具高机械耐久性、电导性、自愈能力和良好附着性，以适应复杂的人体运动场景。近年来，由亲水性聚合物制成的水凝胶因其优异的可拉伸性、生物相容性和电导性，成为柔性传感器的理想候选材料。然而，传统合成水凝胶缺乏生物降解性，制约了其可持续发展与实际应用。
相比之下，来源于天然生物聚合物的生物质基水凝胶不仅可降解，还具有柔软性、灵活性和良好生物相容性，为医疗与环境应用提供了更加绿色的解决方案。但这类水凝胶往往存在电导性不足、机械强度较低的问题，尤其是依赖于可逆非共价键的体系，难以满足高性能传感器的需求。为解决这一难题，研究人员提出通过引入功能性纳米材料，并构建多键合网络结构，有效提升水凝胶的网络均匀性，从而增强拉伸性能和能量耗散能力。这一策略不仅提高了水凝胶的机械稳定性和电学性能，也为开发新一代高性能、环保的柔性电容传感器提供了新思路。
近期，福建理工大学陈汀杰、彭响方教授和厦门大学吴炳辉教授团队合作，采用简便的物理机械捏合法，成功制备了一种超高拉伸性和自愈合特性的淀粉基水凝胶。这种水凝胶由支链淀粉、聚乙烯醇、硼砂和MXene纳米片组成，形成了具有多键合网络结构的复合材料，具备生物可降解性和优异的电导性。通过氢键和静电相互作用实现的可逆交联，以及MXene纳米片作为应力传递中心，使得该水凝胶展现出约6151%的可拉伸性、快速自愈能力和强附着力。基于这一新型水凝胶材料开发的电容传感器，表现出了高灵敏度（GF=1.1）、宽的传感检测（最高可达300%）和优异的耐久性，可准确监测生理信号。此外，这款传感器还具备摩尔斯电码加密功能，能够实现字母、数字和标点符号的安全加密，展示了在可穿戴设备和安全通信技术中的潜在应用。值得一提的是，这款水凝胶材料能够在20天内在自然土壤中生物降解，彻底解决了电子废弃物的问题。该研究不仅为高性能、环保的柔性电容传感器提供了新思路，还为柔性电子、健康监测和辅助通信等领域带来了广泛的应用前景。
2025年9月24日，相关工作近期以“Biodegradable, Stretchable, and Self-Healing Starch-Based Hydrogel with Intelligent Multi-Bond Network Facilitated by MXene Nanosheets for Multifunctional Wearable Electronics”为题发表在Advanced Materials期刊上。论文第一作者为福建理工大学陈汀杰研究员。论文通讯作者为福建理工大学彭响方教授和厦门大学吴炳辉教授。
图1. SPM水凝胶制备过程的示意图
图2. SP和SPM水凝胶的微观结构和化学组成表征
图3. SPM水凝胶的拉伸性能和自愈合性能表征
图4. SPM水凝胶的粘附性能及机理分析
图5. SPM水凝胶的导电性和多功能应用表征
图6. 基于SPM水凝胶柔性电容传感器的性能测试
图7. 基于SPM水凝胶电容传感器在人体可穿戴传感中的应用检测
图8. 具备摩尔斯电码加密功能的SPM水凝胶电容传感器实现字母、数字和标点符号的安全加密测试
文献链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202512267
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