【摘要】

为了满足各种实际需求并增强人类体验，具有多功能性的水凝胶对于柔性可穿戴传感器具有重要意义。最近，东华大学凡小山副教授/刘天西教授团队已经开发出一种新策略来制造具有优异拉伸性、快速恢复性、自愈性和出色粘附性的纳米复合水凝胶。

在实际的可穿戴传感测试中，可以感知人体的各种动作，包括微小的吞咽、大笑和说话，以及篮球投篮时手腕、肘部和膝盖的大规模运动。这些演示预示着我们的传感器在准确和长期的人体运动中的潜在应用。相关论文以题为Fast-Recoverable, Self-Healable, and Adhesive Nanocomposite Hydrogel Consisting of Hybrid Nanoparticles for Ultrasensitive Strain and Pressure Sensing发表在《Chemistry of Materials》上。

【主图导读】

图 3 不同 SiO2-g-PAAm 含量的水凝胶在最大应变为 90% 时的压缩应力-应变曲线（a）；不同CSH试样在最大应变时的最大应力和耗散能与加载功之比为90%（b）；90% 应变下的连续加载-卸载压缩曲线 (c)；在 50% 应变下连续 5000 个循环 (d)。

图 8 弯曲角度示意图（a）；基于水凝胶的传感器在不同手指弯曲角度（30、60 和 90°）下的电阻信号（b）；吞咽（c）、笑（d）和说出“水凝胶”（e）时，传感器响应喉咙不同变形的相对电阻变化；在一个完整的篮球投篮行为中，传感器附着在不同位置 (f, g) 时的相对电阻变化。

【总结】

通过将混合核壳纳米粒子 SiO2-g-PAAm 引入到 PAAc 网络中，制备了结合多种独特性能的新型纳米复合水凝胶。混合纳米粒子 SiO2-g-PAAm 作为动态交联剂，通过长接枝的 PAAm 链和 PAAc 基质之间的密集氢键促进水凝胶的形成。由此产生的水凝胶表现出类似于人类皮肤的超柔软特性和大伸长率。同时，网络内丰富而集中的氢键的协同相互作用使水凝胶具有自愈能力和环境温度下的快速恢复能力，无需任何外部刺激。此外，所获得的水凝胶对不同基材表现出优异的粘合性能。此外，获得的水凝胶表现出优异的粘合性能，其源于各种官能团（例如，-NH2、-OH 和 C=O）和范德华力，可以实现在不同基材（例如玻璃、橡胶和钢）上的有效粘合）。水凝胶被进一步设计为压力和应变可穿戴传感器，具有出色的灵敏度和抗疲劳性能。所准备的传感器可以准确地监测和区分细微的（例如，吞咽、大笑和说话）和大范围的人体运动（例如，篮球投篮）。因此，相信这项研究为制造具有优异拉伸性、快速恢复性、自愈性和粘附性的可穿戴水凝胶传感器提供了一种实用且有意义的方法，用于人体健康监测。

参考文献：

doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c01595

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