浙农林厉世能课题组：力学不变、自粘附导电水

　　跟着微电子手艺的飞速成长，健康监测等范畴备受关心。导电水凝胶因兼具固体的交联合构、含水量和导电特征，然而，现有导电水凝胶存正在集成机能欠佳、制备过程耗时耗能、持久动态监测信号分歧性差等问题，严沉限制了其规模化使用和功能拓展。因而，开辟一种兼具优异的力学机能、高导电性、自粘性和生物相容性水凝胶材料势正在必行，但也极具挑和性。近日，浙江农林大学厉世能博士结合东南大学王炳昊研究员设想取开辟了一种基于氧化石墨烯（GO）-L-抗坏血酸（LAA）纳米催化系统的多功能导电水凝胶。操纵两者间的特有的还原机制发生基，实现水凝胶正在室温下数分钟内无需外部能量输入的快速自凝胶化。成功制备出兼具优异力学机能（拉伸强度 235。9 kPa，断裂伸长率 2522%）、高导电性（1。254 S/m）、强自粘性（可安稳粘附于多种基材概况）以及优良生物相容性的多功能导电水凝胶。该水凝胶做为表皮电子皮肤，可实现多标准力学变形检测和高精度心理信号监测，正在人体活动监测、心理信号采集等范畴展示出庞大使用潜力，为下一代可穿戴电子设备的成长供给了新方案。此外，该水凝胶可快速制备大尺寸（0。3 m×0。5 m）产物，且能通过注塑、模具成型等体例实现定制化设想，适配分歧使用场景。相关以“Time-efficient in situ brication of large-scale， mechanical robust， self-adhesive， electrically conductive hydrogel as epidermal electronic skin”为题颁发于国际权势巨子期刊《Journal of Materials Science & Technology》(2026， 261， 242-251)。论文第一做者为浙江农林大学硕士生杨玉琴，东南大学博士研究生冯旭阳以及浙江农林大学本科生庞晓雯、徐禹同均做出主要贡献，同时获得了浙江大学文俊儒教员、浙江农林大学徐义刚传授以及杭州师范大学汤龙程传授的鼎力支撑，研究获得国度天然科学基金取浙江农林大学人才科研基金支撑。该研究操纵氧化石墨烯取L-抗坏血酸的纳米催化系统，建立一锅法室温快速凝胶系统(图1)。GO通过石墨氧化剥离制备，LAA来历于天然动物提取，二者正在室温下触发化学还原并激发丙烯酸(AAc)的基聚合，实现133秒内从液态到凝胶的改变。仅依赖GO-LAA自催化感化，可完成大面积制备取复杂成型，为绿色高效制备多功能导电水凝胶供给新径。同时，这种高效制备的多功能水凝胶集成了优异的机械机能、导电性和自粘附能力，可做为电子皮肤传感器，实现对日常糊口人体活动的及时无线：AG-PAH水凝胶力快速成胶过程机理及表征该研究操纵L-抗坏血酸取氧化石墨烯的氧化还原反映建立纳米催化系统(图2)。LAA的烯二醇基团取GO片层含氧官能团发生开环反映，正在室温下触发化学还原并生成石墨烯基取羟基基，激发丙烯酸单体快速聚合，133秒内构成交联收集。该过程陪伴较着放热(22。3°C升至62。6°C)，XPS、Raman等多沉光谱GO成功还原。该系统展示出普遍的单体合用性，可实现”一核多花”式的多功能水凝胶快速制备，为高效建立导电收集取机械加强布局供给了级设想策略。通过GO-LAA纳米催化系统的协同感化，AG-PAH水凝胶展示优异的力学机能：拉伸强度达235。9 kPa、断裂伸长率2522%、韧性4。21 MJ/m³，远超保守样品。GO纳米片取聚合物链间的氢键及链缠布局建平均孔径23。77 nm的蜘蛛网状分级布局；FT-IR和XPS谱学特征高效交联收集构成。该水凝胶兼具1330 J/m²断裂能取可逆粘附特征，可承受穿刺、拉伸及40倍充气等严苛形变，为电子皮肤的不变传感供给布局根本(图3)。AG-PAH水凝胶正在空气中展示优异的自粘附机能，对橡胶、塑料、金属、玻璃、陶瓷、木材、纸张、布料、树叶及猪皮等九类基材的粘附强度达10。4-27。7 kPa。GO取LAA的活性官能团通过氢键、金属配位及偶极-偶极多沉可逆感化构成强界面粘附，履历5次剥离-再粘附轮回后强度连结率82%。大鼠组织学阐发其生物相容性优良，2小时皮肤接触无刺激，且无需胶带即可实现人体皮肤的无残留贴合，无效避免了动态监测中的界面分手取信号失线：AG-PAH水凝胶的自粘附机能做为应变传感器，AG-PAH水凝胶展示优异机电机能取不变性：电导率达1。254 S/m可点亮LED灯胆，正在0-2374%宽检测范畴内实现三阶段线 ms。传感器可精准捕获多标准形变——从手指/手腕/肘部弯曲到面部脸色、吞咽、发声等细微心理勾当，以至实现签名识别。连系无线手艺可及时监测ECG/EMG信号，精确识别分歧活动形态下的PQRST波特征(图5)，分析机能远超同类快速凝胶化导电水凝胶，为下一代可穿戴健康监测供给了靠得住平台。总结：本研究通过建立GO-LAA纳米催化系统，冲破保守水凝胶制备能耗高、耗时长及机能均衡坚苦的局限，实现兼具力学强韧（拉伸强度235。9 kPa、断裂伸长率2522%）、高导电性（1。254 S/m）及优异自粘附（木材27。7 kPa）的多功能水凝胶的室温超快速制备（133秒）。该材料正在0-2374%宽检测范畴内连结高活络度（最大GF=11。23），响应/恢复时间仅145/146 ms，可精准捕获从关节活动、面部脸色、吞咽发声到ECG/EMG的多标准心理信号，以至实现签名识别功能，连系无线传输手艺为下一代可穿戴健康监测供给了高效靠得住的处理方案。“Time-efficient in situ brication of large-scale， mechanical robust， self-adhesive， electrically conductive hydrogel as epidermal electronic skin”。