水凝胶作为柔性电气设备最有前景的候选者之一，具有皮肤般的柔韧性、可调节的机械强度和导电性能。通常，在复合材料体系中加入一些导电纳米填料以达到优异的导电性，而这种导电网络在超变形下会断裂，导致柔性电子设备失效。离子导电水凝胶在柔性电子器件中是一种有前景的候选者，离子导电网络的存在有效地解决了大变形下的信号传输问题，具有传感器的潜力。然而，弱机械强度、导电性和环境不稳定性的内在特性仍然是一项具有挑战性的任务。
近日，福建理工大学朱文东，彭响方和清源创新实验室、福州大学化工学院成雅等人在Chemical engineering journal上发表文章，提出了构建自组装3D多糖网络策略，来调节导电PVA水凝胶的力学性能，克服了传统甘油溶剂体系水凝胶的脆化和导电性差的特点。同时实现了出色的防冻、保水和导电性能传感性能，并在人机交互方面展现了广阔的应用前景。
作者首先利用一步冻融法制备了PVA/ADSP水凝胶。SEM、FTIR、XPS证实了3D自组装多糖网络的形成（图1）。
图1：（a） PVA/ADSP水凝胶的制备过程和（i-iv）内部相互作用。（b） SEM图像、（c）FTIR光谱、（d）XPS全谱和（e）多糖（ADSP-PA）网络的XPS O 1s精细光谱。
作者对所制备的PVA/ADSP水凝胶的机械强度进行了探究（图2a和b）。PVA/ADSP水凝胶（直径4.5mm）可以很容易地拉伸到原始状态的七倍，并提起约1000g的不锈钢釜壳，同时，PVA/ADS P水凝胶可以扭曲、挤压和拉伸，显示出优异的机械强度、柔韧性和抗压性。
图2：（a） PVA/ADSP水凝胶的光学图像显示出优异的机械强度。（b） 不同ADSP含量的PVA/ADSP水凝胶的应力-应变曲线、（c）应力、弹性模量、（d）应变和韧性。（e） 不同PA含量的PVA/ADSP的应力-应变曲线、（f）应力、弹性模量、（g）应变和韧性。
通过加载-卸载拉伸测量，作者研究了PVA/ADSP水凝胶的能量耗散机制和弹性行为。
图3：能量耗散机制。（a） 加载-卸载拉伸曲线和（b）相应的耗散能，（c）PVA/ADSP水凝胶的多次加载-卸载张力循环。（d） PVA/ADSP水凝胶的加载-卸载压缩曲线和（e）相应的耗散能，（f）多次加载-卸载的压缩循环。
由于自由移动离子的存在，PVA/ADSP水凝胶具有很高的导电性，并在一系列变形和频繁区域显示出灵敏度、稳定性和准确性。
图4：（a） PVA/ADSP水凝胶应变响应率的光学图像。（b） 不同ADSP浓度下PVA/ADSP水凝胶的电导率。（c） PVA/ADSP水凝胶的灵敏度和（d）响应率。PVA/ADSP水凝胶在不同（e，f）应变和（g）频率下的拉伸传感曲线。PVA/ADSP水凝胶在不同（h）应变和（i）频率下的压阻传感性能。
基于其出色的传感性能，PVA/ADSP水凝胶可用于检测人体的各种生理活动包括关节、肘部、膝盖、手腕、手指和喉咙运动的传感性能、手写压阻式传感和心电图检测。
图5: PVA/ADSP水凝胶对（a）关节、（b）肘部、（c）膝盖、（d）手腕、（e）手指和（f）喉咙运动的传感性能。（g）手写压阻式传感。（h）心电图检测。
作者对PVA/ADSP水凝胶传感器在人机交互控制仿生机器人手的应用中进行了研究。构建了人机交互平台，通过信号处理方法实现机器人手的各种操作。
图6: PVA/ADSP水凝胶对（a）关节、（b）肘部、（c）膝盖、（d）手腕、（e）手指和（f）喉咙运动的传感性能。（g） 手写压阻式传感。（h） 心电图检测。
文章信息：Self-assembly polysaccharide network regulated hydrogel sensors with toughness, anti-freezing, conductivity and wide working conditions.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154409
通讯作者简介：
朱文东：博士毕业于吉林大学麦克德尔米德实验室，就职于福建理工大学材料科学与工程学院，硕导。主要从事智能纤维材料的设计和制备、柔性电子器件等方面的工作。相关成果发表论文16篇。主持和参与多项国家自然科学基金，省部级基金、企业横向等项目。
彭响方：福建理工大学材料科学与工程学院院长，教授，博导。长期致力于高分子材料成型加工方面的研究工作，先后入选 “教育部优秀青年教师支持计划”、“教育部高等学校骨干教师资助计划”、“教育部新世纪人才支持计划”和“福建省闽江学者（讲座教授）”等人才计划。
成雅：博士毕业于吉林大学麦克德尔米德实验室，就职于福州大学化工学院、清源创新实验室，专注于机电转换纤维、柔性电子器件等方面的研究。相关成果发表论文17篇。主持和参与多项国家自然科学基金，省部级基金、企业横向等项目。
相关进展
中国海洋大学刘晨光教授团队 AHM：浒苔多糖衍生水凝胶用于术中快速止血和加速肿瘤切除术后伤口愈合
中科院昆明植物所吴明一团队Biomaterials：新型多糖基水凝胶修复糖尿病难愈合伤口创面
扬州大学吴德峰教授团队 ACS AMI：双层多糖水凝胶的异质性调控以实现多模式的驱动与传感
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
