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  柔性傳感器被廣泛應用于溫度、應變/應力、心電信號（ECG）等的監測，在人體健康和運動監測等方面有非常重要的前景。薄膜傳感器——包括離子導電水凝膠的薄膜傳感器——能與皮膚共形、無感貼合，界面阻抗小，利于獲得高質量的信號監測，使其適用于連續監測和長期佩戴的場景，如智能穿戴設備和醫療監測系統。然而，大多數水凝膠薄膜力學性能較差，表面積大，易失水，低溫下易結冰，導致機械性能和傳感性能喪失。研究和開發強韌、抗失水、抗凍的薄膜水凝膠傳感器，是推動其在柔性可穿戴設備等領域應用的關鍵。

圖1 基于互穿網絡設計的復合有機水凝膠

  聚氨酯與水凝膠的模量差異較大，其互穿網絡結構可有效避免裂紋尖端的應力集中，呈現裂紋尖端鈍化現象（圖3a-c）。通過比較有機水凝膠、聚氨酯膜及復合水凝膠的斷裂能發現，復合有機水凝膠的斷裂能大幅提高，達到10000 J/m²（圖3d），與橡膠的斷裂能相當。經過1000次重復拉伸（50%應變）后，裂紋的寬度幾乎保持不變（圖3e），表明互穿網絡設計能夠有效地抵抗裂紋擴展。

  復合有機水凝膠薄膜傳感器具有良好的抗失水性及機電響應魯棒性。柔軟的薄膜能夠與人體皮膚緊密共形貼合且同步變形，準確監測人體關節的運動，薄膜具有良好的透氣性（1200 g/m²/day），大于人體皮膚通常的排汗速度，利于保持界面干爽，避免濕氣累積導致的不適感。

圖5 薄膜傳感器應用于全天候膝關節運動監測。

  該研究利用靜電紡絲納米網與水凝膠互穿網絡結構解決了超薄膜凝膠傳感器機械性能差的難題，結合抗凍、抗失水技術，為研究開發透氣、超強韌、長期穩定的超薄膜應變傳感器提供了新的思路，有望推動超薄膜柔性傳感器在人機界面、類人機器人、可穿戴/可植入柔性電子器件方面的應用。

  該項研究以“Breathable Ultra-thin Film Sensors Based on Nanomesh Reinforced Anti-dehydrating Organohydrogels for Motion Monitoring”為題發表在Advanced Functional Materials。文章的第一作者是中山大學材料科學與工程學院2022級碩士研究生朱燦杰，付俊教授和中國散裂中子源楊華博士為共同通訊作者。該工作得到了國家自然基金（22375225）的支持。

  全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202411725