青岛科大高传慧/武玉民团队在可穿戴水凝胶柔性器件研究获进展

高机械强度、坚韧和抗疲劳性对于提升导电水凝胶在自供电传感系统中的可靠性至关重要。然而，要同时实现这些互斥的性能仍然具有挑战性。近日，青岛科技大学高传慧、武玉民教授团队提出了一种基于拓扑网络结构和力学训练的新型定向互锁策略，通过优化网络结构和调节分子链取向，成功构建出一种具有优异机械性能的多功能导电水凝胶。值得强调的是，定向导电通路的构筑显著增强了水凝胶的导电性能，从而提高了自供电器件的输出效率。得益于多重可逆效应，受损的水凝胶能够实现快速而高效的自我修复；同时，氟原子与水分子之间的强相互作用赋予了水凝胶优异的抗冻特性。当前所开发的自供电系统已展示出广泛的实际应用潜力，这为多功能水凝胶材料提供了新的应用前景。

本研究提出了一种基于拓扑网络结构和机械训练的定向联锁策略，通过优化网络结构和调节分子链取向来构建坚韧的水凝胶。结合Zn2+交联纤维素纳米纤维(CNFs)和聚丙烯酰胺-聚乙烯醇双网络，独特的互锁网络结构由于氢键和金属配体相互作用而表现出增强的增韧效果。通过训练获得的排列整齐的纳米晶畴进一步提高了韧性和疲劳阈值。这种创新的方法协同提高了纳米导电水凝胶的机械性能，最大抗拉强度为4.98 MPa，韧性为48 MJ m−3。值得注意的是，锚定聚苯胺的CNFs模板通过机械训练定向后，形成了独特的定向导电路径，显著提高了功率输出性能。此外，设计了一种基于自供电传感装置的运动识别系统，并借助深度学习技术准确识别人体的运动行为。这项工作展示了一种具有潜在变革性的柔性电子材料，可用于自供电传感系统和智能识别系统。

该工作以“Multifunctional Nano-Conductive Hydrogels With High Mechanical Strength, Toughness and Fatigue Resistance as Self-Powered Wearable Sensors and Deep Learning-Assisted Recognition System”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。青岛科技大学化工学院高传慧教授为论文通讯作者，第一作者为化工学院博士研究生王彦庆。该研究得到国家自然科学基金、山东省泰山产业创新领军人才和山东省高等学校青创团队计划等项目的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202409081