文章介绍了福建理工大学朱文东团队与清源创新实验室、福州大学化工学院的成雅等人关于导电PVA水凝胶的研究。他们提出了构建自组装3D多糖网络策略，调节了水凝胶的力学性能，克服了传统甘油溶剂体系水凝胶的缺点，并实现了出色的防冻、保水和导电性能传感性能。该水凝胶在人机交互方面展现了广阔的应用前景。
水凝胶作为柔性电气设备候选者，通常加入导电纳米填料以达到优异导电性，但导电网络在大变形下会断裂。离子导电水凝胶是解决这一问题的有前途的候选者。
朱文东团队与成雅等人提出了构建自组装3D多糖网络策略，以调节PVA水凝胶的力学性能，并实现了出色的防冻、保水和导电性能传感性能。
所制备的PVA/ADSP水凝胶具有优异的机械强度、柔韧性和抗压性，同时显示出高导电性，并在一系列变形和频繁区域表现出灵敏度、稳定性和准确性。该水凝胶被应用于检测人体各种生理活动，包括关节、肘部、膝盖等运动的传感性能，以及手写压阻式传感和心电图检测。此外，该水凝胶在人机交互控制仿生机器人手的应用中展现了潜力。
作者利用一步冻融法制备了PVA/ADSP水凝胶，并通过SEM、FTIR、XPS等技术验证了3D自组装多糖网络的形成。同时，通过加载-卸载拉伸测量研究了水凝胶的能量耗散机制和弹性行为。
该研究为柔性电子器件的制备提供了一种新的策略，具有潜在的应用价值。此外，所开发的水凝胶传感器在人机交互控制仿生机器人手的应用中展现出广阔的应用前景。
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
4.5 mm
）可以很容易地拉伸到原始状态的七倍，并提起约
1000 g
的不锈钢釜壳，同时，
PVA/ADSP
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：（a）能量耗散机制。（b）加载-卸载拉伸曲线和（c）相应的耗散能，（d）PVA/ADSP水凝胶的多次加载-卸载张力循环。（e）PVA/ADSP水凝胶的加载-卸载压缩曲线和（f）相应的耗散能，（g）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水凝胶的人机交互。（a）人机交互平台。（b）具有类似手势的人手和机械手的光学图像。（c）用人类手指模拟的机械手的光学图像和（d）PVA/ADSP水凝胶传感器的相应传感曲线。
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
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。
欢迎关注我们，订阅更多最新消息
