科学研究

吕少瑜教授课题组主要围绕水凝胶以及多功能载体材料来展开研究。由于导电水凝胶固有的柔性、导电性和类生物组织性，逐渐成为制备柔性可穿戴设备的首选材料之一。然而，水凝胶在水环境中会不可避免地发生溶胀行为，这会极大地损害其力学和电学性能，进而影响其作为柔性可穿戴设备的传感性能。基于上述问题，我们制备了一种抗溶胀导电水凝胶。该水凝胶具有高韧性（518 kJ/m³）、高压缩模量（8.12 MPa）、高离子电导率（4.58 S/m）以及抗溶胀性能（水中30天平衡溶胀比为9%）。基于该抗溶胀水凝胶开发了一种水下应变传感器，研究了其在水下运动监测领域的潜在应用。

该水凝胶传感器由聚乙烯醇(PVA)、甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱(SBMA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)的共聚物组成。柔性PHEMA链提供的氢键可提高水凝胶对外力的抵抗，同时增强了其适应外界盐度和酸度变化的能力。冷冻/解冻形成的PVA微晶结构域作为无定形水凝胶网络的交联点，提高了水凝胶的机械强度。两性离子SBMA的引入提供了离子迁移通道，因而提高了水凝胶的电导率。同时，通过调控两性离子的平衡状态，实现了水凝胶的抗溶胀。该水凝胶在纯水和人工海水浸泡30天后平衡溶胀比分别为9%和13%。此外，水凝胶还能在不同溶剂和较宽的pH范围内保持抗溶胀，这对拓展其应用十分有利。在水中浸泡一天后，该水凝胶传感器仍表现出优异的传感性能。进一步评估了该水凝胶应变传感器在水下运动监测领域的潜在应用，结果显示，该水凝胶传感器能够准确而可靠地识别水下运动信号（图1）。该研究为开发用于水下环境的水凝胶传感器提供了一种新的策略，且拓展了柔性可穿戴设备的应用领域。

图1 抗溶胀水凝胶应变传感器水下监测应用研究

相关工作发表于Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2107404