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  在各種類型的傳統(tǒng)導(dǎo)電材料中，離子導(dǎo)電水凝膠成為最具前途的柔性材料，因?yàn)樗哂信c天然軟組織高度相似性、對(duì)皮膚和肌肉等器官的良好機(jī)械適應(yīng)性、良好的離子導(dǎo)電性、出色的可伸展性。目前，對(duì)于離子導(dǎo)電水凝膠的研究在于改善其透明性、電感應(yīng)靈敏性、抗凍性、機(jī)械性能等。然而，對(duì)這些性能的應(yīng)用往往是單一的，并且在動(dòng)態(tài)視覺顯示和可穿戴材料領(lǐng)域所需的多功能性經(jīng)常被研究人員忽視。離子導(dǎo)電水凝膠憑借其高透明度就可以初步賦予其可視化的光敏響應(yīng)性，與其他復(fù)雜光敏性材料相比，這是一種簡(jiǎn)單有效的方法。在紫外光的控制下，具有光致變色行為的水凝膠可以變色。然而在許多報(bào)道中，透明水凝膠僅僅有光學(xué)相關(guān)的應(yīng)用，并未應(yīng)用的柔性應(yīng)變傳感器中。很少有報(bào)道同時(shí)整合離子導(dǎo)電水凝膠的光敏響應(yīng)性和應(yīng)變響應(yīng)特性的系統(tǒng)。

  針對(duì)上述問題，嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院李義/姜旸團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地提出了一種對(duì)紫外光/應(yīng)變具有雙重響應(yīng)的水凝膠，可以作為可穿戴設(shè)備的同時(shí)對(duì)不同戶外環(huán)境的紫外線強(qiáng)度做出不同的響應(yīng)（水凝膠被不同光照強(qiáng)度的紫外線照射后可以展現(xiàn)的顏色程度不同）。 他們通過“一鍋法”制造了基于聚乙烯醇（PVA）、明膠（GEL）、甘油（GL）、鉬酸銨（Mo₇）、芐基三甲基氫氧化銨（Benzyl trimethylammonium hydroxide solution）的多功能特性的雙響應(yīng)離子導(dǎo)電水凝膠（PGG）。該水凝膠具有良好的機(jī)械性能，優(yōu)越的抗凍性和動(dòng)態(tài)視覺顯示功能，更吸引人的是PGG水凝膠擁有對(duì)紫外光和應(yīng)變雙重響應(yīng)。他們制備的導(dǎo)電水凝膠通過引入廉價(jià)、穩(wěn)定的Mo₇光致變色單元賦予了PGG水凝膠高度敏感的光致變色能力，具有快速反應(yīng)時(shí)間（10秒）、高透過率和高分辨率。在紫外光的照射下，PGG水凝膠逐漸變色。移除紫外光后，PGG水凝膠可以在一定周期和O₂氣氛內(nèi)恢復(fù)到透明狀態(tài)。PGG水凝膠也可以通過適應(yīng)不同的應(yīng)變表現(xiàn)出良好的機(jī)械性能，并通過相對(duì)電阻變化來傳遞信息。PGG水凝膠擁有多重響應(yīng)性能，可以作為交互式可穿戴離子電子器件，實(shí)時(shí)響應(yīng)各種人體運(yùn)動(dòng)和紫外光照變化。并且可以在-50℃和85℃下保持良好的彈性（仍可以進(jìn)行應(yīng)變傳感）。該研究成果發(fā)表在國際重要刊物《ACS Applied Materials & Interfaces》上。(Dual-Stimuli-Responsive and Anti-Freezing Conductive Ionic Hydrogels for Smart Wearable Devices and Optical Display Devices. 2023, DOI: 10.1021/acsami.3c03920)。該研究得到了浙江省自然科學(xué)基金，嘉興市科技局公益項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金等基金的資助和支持。

方案1. 光變色水凝膠的結(jié)構(gòu)和形成機(jī)制。

圖1. (a和b) 水凝膠樣品的FT-IR光譜。(c) 不同溶劑比的PGG水凝膠的透射率。(d) 不同溶劑比的PGG水凝膠的透明度展示。

圖2. (a) 不同溶劑比例的PGG水凝膠的DSC測(cè)量。(b) 在-20℃下彎曲的水凝膠。

圖3. (a) PGG-Mo7水凝膠的可見光透過率。(b) PGG-Mo₇水凝膠的可見光吸收率。(VI：初始狀態(tài)，V：還原狀態(tài)）。(c) 水凝膠在不同時(shí)間內(nèi)被紫外線照射的可見光吸收率。(d) 用紫外光照射不同時(shí)間的水凝膠的圖像，在照射熊后被紫外光照射變色。

圖4. (a) 不同浸泡時(shí)間的PGG水凝膠在不同紫外線照射后的照片。(b) 利用紫外光在PGG-Mo₇水凝膠上的可重寫成像過程。藍(lán)色區(qū)域表示用紫外光照射后顯示的圖案（紫外光照射時(shí)間T=30s，紫外光照射強(qiáng)度I=100%）。

圖5. PVA水凝膠照片打印的示意圖。

圖6. (a)和(b) PGG水凝膠傳感器分別對(duì)重復(fù)的小應(yīng)變（5%、10%、20%、50%）和大應(yīng)變（100%）的實(shí)時(shí)反應(yīng)。(c) PGG水凝膠傳感器對(duì)50%恒定應(yīng)變的50個(gè)拉伸循環(huán)的抗疲勞靈敏度。連接在不同身體關(guān)節(jié)上的PGN傳感器的實(shí)時(shí)相對(duì)電阻變化：（d）膝關(guān)節(jié)和（e）手指關(guān)節(jié)。(f) 混合水凝膠對(duì)人體微小運(yùn)動(dòng)的相對(duì)阻力變化。

圖7. (a) 水凝膠在室內(nèi)和室外的照片（在上午9點(diǎn)、12點(diǎn)和下午5點(diǎn)暴露在陽光下1分鐘）。(b) 一天中不同時(shí)間的紫外線指數(shù)。(c)(d)(e) 水凝膠在不同時(shí)間段10分鐘內(nèi)褪色的照片。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c03920