傳統(tǒng)導電水凝膠由于存在內(nèi)部網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)缺陷、能量耗散機制低效以及功能性單一等問題，普遍表現(xiàn)出機械性能較差，靈敏度不佳，回彈性低和溶脹率高等缺陷，嚴重制約了在傳感監(jiān)測、語言識別及智能穿戴設備領(lǐng)域的應用。針對這些問題，受生物組織中多重動態(tài)物理相互作用形成多級結(jié)構(gòu)來增強材料性能的啟發(fā)，從聚合物分子及多級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計出發(fā)，通過引入多重氫鍵和疏水締合等非共價相互作用，以及物理結(jié)晶和聚合物鏈纏結(jié)來構(gòu)筑動態(tài)物理交聯(lián)網(wǎng)絡，進而制備了一系列多重動態(tài)物理交聯(lián)協(xié)同增強的導電水凝膠材料，并探究了在運動監(jiān)測、語音識別及信息傳輸領(lǐng)域的應用。
1.受到海洋生物貽貝的啟發(fā)，通過多巴胺修飾的多肽（PDAEA）與溫敏性聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAM）結(jié)合，成功設計制備了一種具有可控粘附性和應變響應性的導電水凝膠。該材料具有良好的彈性、抗拉伸性和自修復性能。（Materials Chemistry Frontiers, 2020, 4,189-196.）
2. 利用鹽析效應，設計并制備了一種具有高機械強度、高靈敏度和優(yōu)異導電性的離子導電水凝膠。由于高密度氫鍵和鏈纏結(jié)網(wǎng)絡的存在，離子導電水凝膠具有出色的機械性能，（拉伸強度（8.03 MPa），高韌性（28.7 MJ m-3）和高彈性模量（1 MPa）。此外，NaCl還賦予該傳感器在室溫和低溫條件下的高電導率（7.14 S/m），高精度（GF = 0.989）以及在較寬應變檢測窗口（0.2-400%）的靈敏應變響應能力。此水凝膠傳感器不僅能準確監(jiān)測各種人類的運動信息，包括說話、呼吸、關(guān)節(jié)彎曲等，還有望用于醫(yī)療監(jiān)測及語音識別等領(lǐng)域。（Materials Chemistry Frontiers,2021,5,315-323）
3. 受生物軟組織中異質(zhì)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，利用“軟”氫鍵交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡與通過雙氫鍵、疏水作用和π-π堆積交聯(lián)的“剛性”域之間的連接，成功制備了一種基于疏水締合的新型離子導電水凝膠傳感器。該水凝膠具有高拉伸性能(680%)和高回彈性(92.53%)，該水凝膠在較寬的溫度范圍(-20-25℃)具有較高的靈敏度(GF=3.12)和快速的應變響應(≤100 ms)。此外，還具有持久的穩(wěn)定性和抗疲勞性，可以檢測，包括手指，手肘，慢跑和喉部的變化的各種人類日常活動。因此，這種“軟硬”結(jié)構(gòu)為高性能離子導電水凝膠的制備提供了一種可行的解決方案，該材料在可穿戴設備、人工智能和電子皮膚等領(lǐng)域具有多功能傳感器的潛力。（Journal of Materials Chemistry A, 2021,9,20703-20713）
