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  近年來，柔軟、靈活和智能的離子導體具有優(yōu)異的機械性能和穩(wěn)定性、高靈敏度和導電性，在生物電子接口、人工智能和醫(yī)療保健及監(jiān)測中的應用受到了極大的關注。然而，大多數(shù)基于離子導體的水凝膠傳感器在大變形或高頻運動的情況下，表現(xiàn)出緩慢的響應性和有限的瞬時恢復性，極大地降低了傳感器的靈敏度和信號傳輸?shù)姆�(wěn)定性。因此，開發(fā)具有理想回彈性和持久穩(wěn)定性的水凝膠傳感器至關重要。

  受生物軟組織中異質(zhì)網(wǎng)絡結構的啟發(fā)，南開大學孫平川/伍國琳團隊，利用“軟”氫鍵交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡與通過雙氫鍵、疏水作用和π-π堆積交聯(lián)的“剛性”域之間的連接，成功制備了一種基于疏水締合的新型離子導電水凝膠傳感器。該水凝膠具有高拉伸性能(680%)和高回彈性(92.53%)，體系中存在大量的自由移動離子(Li⁺、Na⁺和Cl^-)，該水凝膠在較寬的溫度范圍(-20-25℃)具有較高的靈敏度(GF=3.12)和快速的應變響應(≤100 ms)。此外，還具有持久的穩(wěn)定性和抗疲勞性，可以檢測，包括手指，手肘，慢跑和喉部的變化的各種人類日�；顒�。因此，這種“軟硬”結構為高性能離子導電水凝膠的制備提供了一種可行的解決方案，該材料在可穿戴設備、人工智能和電子皮膚等領域具有多功能傳感器的潛力。

圖1 (a) BA-A和P(AM-BA-A-ACG)的合成路線。(b) P(AM-BA-A-ACG)水凝膠的結構和形成機制、網(wǎng)絡層次以及P(AM-BA-A-ACG)水凝膠“軟硬”網(wǎng)絡構建中的動態(tài)相互作用。

圖2 (a) P(AM-BA-A-ACG)水凝膠在不同應變下的連續(xù)拉伸加載/卸載循環(huán)；(b) P(AM-BA-A-ACG) 水凝膠在 200% 應變下50個循環(huán)隨時間的應力變化；(c) 連續(xù)循環(huán)拉伸試驗和 (d) P(AM-BA-A-ACG) 和 PAM-ACG 水凝膠在 200% 應變下循環(huán) 10 次的回彈性。(e) P(AM-BA-A-ACG) 水凝膠拉伸和壓縮彈性的機制示意圖。（f-h）（f）PAM-BA-A 和（g 和 h）P（AM-BA-A-ACG）水凝膠的 SEM 圖像。

圖 3 (a-d) 吞咽動作及復雜的短語“你好”、“水凝膠”、“謝謝”，喉嚨的肌肉運動。(e) 水凝膠傳感器的響應和恢復時間。(f) 這項工作與參考文獻在響應和恢復時間方面的對照。(g) 水凝膠在 25 °C 和 -20 °C 下的電導率。(h) 這項工作與目前報道的傳感器在響應時間、GF值、抗凍性、透明性和回彈性方面的對照。

  水凝膠優(yōu)異的機械性能和高回彈性可歸因于協(xié)同的軟硬分級網(wǎng)絡結構、聚合物鏈的纏結以及多種物理相互作用，包括疏水相互作用、氫鍵和剛性域中的 π-π 堆積。水凝膠網(wǎng)絡中的大量無機鹽離子（Na⁺、Li⁺ 和 Cl^-）不僅增強了抗凍性，而且賦予了凝膠極好的應變和壓力敏感性。此外，與之前報道的水凝膠傳感器相比，離子導電水凝膠傳感器顯示出 97.73 ms 的快速響應時間和 97.23 ms 的恢復時間。水凝膠中均勻多孔的網(wǎng)絡充當離子傳輸?shù)耐緩�，并在室溫�?-20°C 下將電導率分別提高到 1.35 S m^-1 和 0.89 S m^-1。這項工作為柔性傳感器和多功能平臺的制造提供了新的見解，該平臺在可穿戴設備、人工智能和電子皮膚中具有潛在應用。

  相關研究成果以“Bioinspired, Nucleobase-Driven, Highly Resilient, and Fast Responsive Antifreeze ionic conductive Hydrogels for Durable Pressure and Strain Sensors”為題發(fā)表在國際著名期刊Journal of Materials Chemistry A上。通訊作者為南開大學孫平川研究員和伍國琳副教授，第一作者為南開大學化學學院博士生邸祥。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ta/d1ta05262d