水凝胶材料是竣事柔性/可拉伸电子器件应用的候选材料之一动漫 动漫 色情色情，具有生物相容性，优异拉伸性等优点。但由于含水量存在环境牢固性差的问题，即低温下冻结，干燥环境下失水，高湿度下吸水推广。添加有机溶剂不错提高抗冻和保水才气，然则当今的盘问多聚焦于添加渊博甘油使得水凝胶在低慈悲干燥环境下使用，却忽略了此时高湿度下水凝胶的使用问题。另一方面，传感器是水凝胶的进犯应用地方。其中，离电型传感器因为理智度高，抗插手才气强等优点在频年来备受可贵。然则当今用于该类型传感器的材料存在离子露馅，以及受湿气度影响较大的劣势。

图1 基于內盐型凝胶的离电型传感器无离子露馅的风险；经绿色溶剂改性水凝胶介电层，传感器可于高温、雨天、低温等环境使用。

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针对以上问题，近日，新材料学院孟鸿课题组在海外驰名期刊Advanced Materials上发表题为“Wide Humidity Range Applicable， Anti-Freezing and Healable Zwitterionic Hydrogels for Ion-Leakage-Free Iontronic Sensors”的盘问论文(DOI: 10.1002/adma.202211617)。该盘问在內盐型DMAPS水凝胶中加入了一种绿色溶剂——丙酮缩甘油（solketal），在较宽的湿度规模下，solketal水凝胶的水含量和机械性能牢固性方面优于最常用的溶剂--甘油。此外，成绩于solketal的存在，一种疏水性的低聚物液体（PPG）不错被引入，以进一步改变水凝胶的特点。所得的水凝胶在湿度为30%至90%RH和温度为-20至40°C的规模内竣事了约2000%的断裂应变，并具有细腻的自愈性。应用水凝胶中的两性离子基团和牢固的水含量，优化后的水凝胶被用作电介质层来构建一个离子型压力传感器。竣事了无泄露离子、高理智度（>1100 kPa-1）、平庸的湿度和温度适用性。通过将水凝胶基底与Ag@poly(DMAPS)浆料相勾搭，获取宽湿度的可愈合和可拉伸电极。将高性能的电极和电介质层整合在一谈，开拓了一个全器件可愈合的高理智度传感器。

具体的，通过对含四种不同有机高沸点溶剂的聚DMAPS水凝胶进行对比分析，发现了含有solketal的水凝胶在多种环境下具备最优异的牢固性和可用性，荒谬是含量达21% vol.的情况下，水凝胶在湿气和干燥环境下齐具有一致的断裂伸长率（约1200%）。同期，由于solketal的独到特点，不错在不添加名义活性剂和小分子电解质的情况下加入疏水的PPG，在水凝胶里面引入疏水胶束结构进一步提高性能，优化后的DS21P2水凝胶在宽湿度和温度要求下齐展现出优异的力学性能和可自愈性。

图2 聚（DMAPS）水凝胶的优化与性能表征

将solketal与当今最常用的甘油比较较，发现solketal水凝胶在宽湿度规模内展现出更好的含水量和性能牢固性。经受MD和DFT筹谋进行了原领悟释，发现环境水分变化时，solketal分子勾搭的H2O分子数变化更少。这是因为，solketal-H2O体系对第2个H2O分子的勾搭能更低，这意味着solketal分子不太可能失去第2个H2O分子；solketal-H2O体系对第4和第5个配位的H2O分子的勾搭能更高，记号着在高湿度下会勾搭更少的H2O分子。因此，solketal水凝胶浮现更好的环境牢固性。

图3 含甘油或solketal的水凝胶性能比较及分子表面筹谋表征

离电型传感器主若是应用EDL的超等电容特点来竣事高理智度等特点。由于DS21P2水凝胶团聚物链上有很多锚定在团聚物链上的两性离子基团，且大要在平庸的湿度水平上含有相对牢固的水含量，是以大要产生丰富的解放离子，与电极酿成EDL，因此将其双面微结构化后当作传感器的介电层。所得器件在多种环境要求下展现出优异的性能（理智度均>1100 kPa-1），更进犯的是具备离子安全性，在浸泡24小时后性能毫无衰减。

图4 DS21P2水凝胶应用于离电型传感器：旨趣及性能表征

为了竣事器件的可拉伸性和自愈性，将DS21P2水凝胶当作基底制备了高性能且可自愈的可拉伸电极。将电极与水凝胶介电层集成，获取可拉伸的高性能传感器。由于水凝胶的自愈性，该器件可胜利佩带在东谈主体上，在50%应变下仍有反应。更进犯的是，该器件的每一部分齐可竣事快速的自愈合，在实质使用中具有独到上风。

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图5 可拉伸可自愈传感器性能及佩带时的自愈合展示

 

新材料学院孟鸿进修和张超红盘问员为该论文共同通信作家，新材料学院2020级硕士生赵怡茜为论文的第一作家。上述盘问获取国度当然科学基金委员会，广东省基础与应用基础盘问基金委员会，深圳市科技变嫌委员会的辅助。

 

论文聚积：https://doi.org/10.1002/adma.202211617