导电水凝胶结合了软水凝胶的优点和导电性，并在过去十年中受到了极大的关注。这些创新材料，包括基于聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOTs）的导电水凝胶（P-CHs），由于其可调的柔韧性、生物相容性和亲水性，有望用于柔性电子和生物应用。
P-CHs的设计、制造和应用之间的内在相关性主要基于试错的爱迪生方法，这极大地限制了它们的进一步发展。
江西科技师范大学卢宝阳教授/韩国科学技术院Hyunwoo Yuk团队
回顾、总结和评估了这一领域的现有工作，建立了一个连接P-CHs设计、制造和应用的综合框架（方案1）。本文旨在为今后的研究提供有价值的指导和启发。
相关研究成果以
“PEDOTs-Based Conductive Hydrogels: Design, Fabrications, and Applications”
为题于2024年12月23日发表在《
Advanced Materials
》上。
方案1 P-CHs的设计策略、制造和应用
P-CHs设计和开发的主要挑战之一是平衡机械强度、导电性和高含水量等关键特性。对于许多应用来说，水凝胶必须表现出快速的网络动力学，以提供聚合物网络对外部刺激的快速响应能力，从变形中恢复，并在各种条件下保持灵活性。然而，
在保持强大的机械强度和高导电性的同时实现这种快速的网络动态是一个重大挑战。为了优化P-CHs的性能，科研人员努力设计分子结构，增强链缠结，促进相分离，优化整体结构。
表1总结了不同设计策略制备的P-CHs的性能。这些策略旨在平衡维持快速网络动态和实现预期应用所需的机械和导电性能。为了提供更全面的理解，表2比较了导电水凝胶的不同设计策略，突出了它们的优点、局限性和挑战。
表1 不同设计策略的P-CHs性能总结
表2 不同方法的比较
P-CHs的设计策略主要包括分子工程、网络工程、相位工程和结构工程。其中，
分子工程是定制P-CHs特性的关键。分子工程中采用的特定策略旨在协调电导率和机械灵活性之间的内在权衡，从而增强P-CHs在各种应用中的效用
（图1）。
图1 P-CHs的分子工程
此外，水凝胶中的聚合物网络主要充当支架，提供结构支持。
水凝胶的电导率、机械性能和其他功能受到合成过程中形成聚合物网络的交联机制的显著影响，这些交联机制可分为物理、化学和物理化学交联
（图2）。
图2 P-CHs网络工程
相位工程是提高PEDOT电导率的关键技术，PEDOT是一种（半）金属聚合物，聚合时电导率可超过3000 S cm
−1
。为了进一步提高电导率，研究发现
在绝缘PSS和导电PEDOT之间诱导相分离可以显著提高电导率。
通常，在导电水凝胶制备过程中，诱导这种相分离主要有两种策略：添加剂诱导相分离和后处理相分离，如图3所示。
图3 P-CHs相位工程
结构工程是通过利用不同的几何构型来提高P-CHs性能的关键策略。
实现定向、多孔和3D设计等结构可以显著增强局部电场和力学性能
（图4）。这些增强对于提高检测灵敏度和减少传感器和诊断设备应用中的检测限制至关重要。
图4 P-CHs结构工程
P-CHs的制造对于生产适合特定应用需求的材料至关重要，特别是当需要独特的几何结构时。本文探讨了用于PCHs制造的各种方法，重点关注2D和3D制造技术（图5）。
2D和3D制造技术均可实现P-CHs的定制生产，并针对特定应用优化其电气和机械性能。制造方法的选择取决于水凝胶所需的功能、所需形状的复杂性以及导电网络的所需性能。
2D制造技术主要涉及平面结构的创建。这种方法通常用于需要精确、薄和柔性材料的应用，例如可穿戴电子产品或表面涂层。通常用于2D制造的技术包括
自旋涂层、湿式印刷和静电纺丝
。这些方法允许对厚度和形态进行精细控制，这对于实现高导电性和机械灵活性至关重要。而3D制造技术提供了创建复杂的体积结构的能力，可以填充或符合3D空间。本文探讨了几种先进的3D打印方法，每种方法都有不同的原理和优势。
图5 P-CHs的制造原理图
通过材料设计、结构和制备方法的系统工程，P-CHs在广泛的应用中具有显著的优势。根据其主要的机电和电学性能，这些水凝胶可以大致分为四类装置：
生物电子学（图6）、软致动器（图7）、能源装置（图8）和太阳能蒸发器（图9）
。本文根据材料组成和结构设计回顾了各种器件，探索了它们在现实场景中的应用。表3总结了上述P-CHs的应用。
图6 生物电子器件的P-CHs
图7 用于软执行器的P-CHs
