【介绍】

近年来，柔性电子传感器因其在可穿戴电子设备、软仿生机器人和人造电子皮肤中的广泛应用而备受关注。众所周知，人体在受到刺激时，会将外界刺激转化为生物电子信号。受生物传感器的启发，最近开发了许多基于各种导电材料的柔性电子传感器。水凝胶是一种多功能复合高分子材料，具有明显的物理和/或化学交联的 3D 网络结构和丰富的含水量，具有大量可逆的分子相互作用，如疏水缔合、主客体相互作用、电子相互作用、 金属-配体配位、动态共价键以及氢键。这些亲水聚合物是化学或物理交联的，因此水凝胶具有吸收和保留大量水分的能力。 水凝胶通常也可以附着在任何表面上，例如我们的皮肤。 独特的三维多孔网络结构引起了可穿戴电子设备、假肢和软体仿生机器人等各个领域的广泛兴趣。这些应用对水凝胶电子传感器的灵敏度、拉伸性和自愈性能提出了更高的要求。然而，一些水凝胶传感器往往具有低灵敏度或非线性。水凝胶的粘度对外力的机电响应也有影响，传输的信号往往有噪声，可能有滞后和波动，快速自愈聚乙烯醇水凝胶作为高灵敏度应变压力。

【摘要】

导电和生物相容性混合水凝胶成功组装成粘性、柔性的可穿戴传感器，用于超灵敏的人机交互和智能检测，具有出色的自愈能力。这种导电、可修复和生物相容性混合网络水凝胶由 MXene、PEDOT:PSS、聚乙烯醇和聚多巴胺的动态超分子交联形成。它使用导电功能化的 MXene（碳化钛）和 PEDOT:PSS 作为导电网络。PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA有机水凝胶具有优异的自我修复能力（1.8秒内），可组装成可修复、粘性、柔软的智能传感传感器，可准确检测人体的各种动作（包括弯曲手指和手腕、手势识别、眨眼和表情变化）。

图 1 (a) PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 有机水凝胶制备工艺流程图。(b) PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 有机水凝胶拉伸前后的光学图像。(c) PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 有机水凝胶的 SEM 图像。(d) 有机水凝胶的可塑性。

此外，它还可以组装成智能传感器，用于速度识别和手写识别。由于PVA的加入，导电水凝胶具有良好的生物相容性。因此，它可以安装在假肢上实现触摸屏功能，解决硅胶假肢难以控制屏幕的问题，表明其在仿生智能机器人领域有着巨大的应用前景。因此，可拉伸和柔性的水凝胶电子传感器由于其优异的自愈能力、粘附性能和可穿戴能力，在人体运动检测和智能检测方面具有巨大的潜力。

图 3. (a) PVA-PDA 和 PVA-MXene-PEDOT:PSS-PDA 水凝胶的示意图，以及 (b) 基于 PSGP 的传感器在拉伸和加压处理下的导电组件的示意图。

图 5 可逆自愈示意图。

相关论文以题为Fast self-healing multifunctional polyvinyl alcohol nano-organic composite hydrogel as building blocks for highly sensitive strain/pressure sensors发表在《Journal of Materials Chemistry A》上。通讯作者是中国石油大学张冬至副教授。

参考文献：

doi.org/10.1039/D1TA05586K

封面图源自于图虫创意