新加坡南洋理工研发超拉伸导电水凝胶传感器

传统的柔性传感器多基于石墨烯、导电聚合物、金属等材料，这类材料本身的拉伸性能有限，难以适应高应变的要求。水凝胶是一种高含水的三维网状聚合物，具有良好的拉伸性、柔韧性和生物相容性，是制作新一代柔性传感器的理想选择。传统的单一网络水凝胶由于其三维网络交联度有限、机械性能较差，不能用于制备具有高拉伸性能的应变传感器。因此，开发具有高拉伸性能的水凝胶，是一亟待解决的问题。

近期，新加坡南洋理工大学周琨教授团队报道了一种超拉伸、可修复、可导电、可3D打印的双网络水凝胶(图A)。该双网络水凝胶将脆性的第一网络和柔韧的第二网络组合，并通过引入Fe3+与第二网络里的acrylic acid (AAC)进一步形成配位作用(AAC-Fe3+)来实现增韧(图B)。可恢复的第一网络和AAC-Fe3+在拉伸过程中起到吸收能量的作用，使双网络水凝胶能够承受较大的形变。通过该能量耗散机理构建的双网络水凝胶具有超高拉伸性能(~3174%)。此外，金属离子的存在使该双网络水凝胶具备良好的导电性，用其制备的柔性应变传感器兼具高拉伸性和高灵敏度，可以准确检测相应的人体活动。该工作对于水凝胶在柔性传感器、电子皮肤、软体机器人等领域的应用具有重要意义。

图A.双网络水凝胶性能展示;B.双网络水凝胶的制备

上述工作以题为“Development of an ultrastretchable double-network hydrogel forflexible strain sensors” 发表在ACS AppliedMaterials & Interfaces 上，论文第一作者为新加坡南洋理工大学研究员李慧君，通讯作者为新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院及新加坡3D打印中心周琨教授。