新加坡南洋理工研發超拉伸導電水凝膠傳感器

傳統的柔性傳感器多基于石墨烯、導電聚合物、金屬等材料，這類材料本身的拉伸性能有限，難以適應高應變的要求。水凝膠是一種高含水的三維網狀聚合物，具有良好的拉伸性、柔韌性和生物相容性，是制作新一代柔性傳感器的理想選擇。傳統的單一網絡水凝膠由于其三維網絡交聯度有限、機械性能較差，不能用于制備具有高拉伸性能的應變傳感器。因此，開發具有高拉伸性能的水凝膠，是一亟待解決的問題。

近期，新加坡南洋理工大學周琨教授團隊報道了一種超拉伸、可修復、可導電、可3D打印的雙網絡水凝膠(圖A)。該雙網絡水凝膠將脆性的第一網絡和柔韌的第二網絡組合，并通過引入Fe3+與第二網絡里的acrylic acid (AAC)進一步形成配位作用(AAC-Fe3+)來實現增韌(圖B)。可恢復的第一網絡和AAC-Fe3+在拉伸過程中起到吸收能量的作用，使雙網絡水凝膠能夠承受較大的形變。通過該能量耗散機理構建的雙網絡水凝膠具有超高拉伸性能(~3174%)。此外，金屬離子的存在使該雙網絡水凝膠具備良好的導電性，用其制備的柔性應變傳感器兼具高拉伸性和高靈敏度，可以準確檢測相應的人體活動。該工作對于水凝膠在柔性傳感器、電子皮膚、軟體機器人等領域的應用具有重要意義。

圖A.雙網絡水凝膠性能展示;B.雙網絡水凝膠的制備

上述工作以題為“Development of an ultrastretchable double-network hydrogel forflexible strain sensors” 發表在ACS AppliedMaterials & Interfaces 上，論文第一作者為新加坡南洋理工大學研究員李慧君，通訊作者為新加坡南洋理工大學機械與宇航工程學院及新加坡3D打印中心周琨教授。