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  在各種類型的傳統(tǒng)導電材料中，離子導電水凝膠成為最具前途的柔性材料，因為它具有與天然軟組織高度相似性、對皮膚和肌肉等器官的良好機械適應(yīng)性、良好的離子導電性、出色的可伸展性。目前，對于離子導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、機械性能等。然而，對這些性能的應(yīng)用往往是單一的，并且在動態(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，與其他復雜光敏性材料相比，這是一種簡單有效的方法。在紫外光的控制下，具有光致變色行為的水凝膠可以變色。然而在許多報道中，透明水凝膠僅僅有光學相關(guān)的應(yīng)用，并未應(yīng)用的柔性應(yīng)變傳感器中。很少有報道同時整合離子導電水凝膠的光敏響應(yīng)性和應(yīng)變響應(yīng)特性的系統(tǒng)。

  針對上述問題，嘉興學院材料與紡織工程學院李義/姜旸團隊創(chuàng)新地提出了一種對紫外光/應(yīng)變具有雙重響應(yīng)的水凝膠，可以作為可穿戴設(shè)備的同時對不同戶外環(huán)境的紫外線強度做出不同的響應(yīng)（水凝膠被不同光照強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)離子導電水凝膠（PGG）。該水凝膠具有良好的機械性能，優(yōu)越的抗凍性和動態(tài)視覺顯示功能，更吸引人的是PGG水凝膠擁有對紫外光和應(yīng)變雙重響應(yīng)。他們制備的導電水凝膠通過引入廉價、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)出良好的機械性能，并通過相對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，實時響應(yīng)各種人體運動和紫外光照變化。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基金，嘉興市科技局公益項目和國家自然科學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。藍色區(qū)域表示用紫外光照射后顯示的圖案（紫外光照射時間T=30s，紫外光照射強度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重復的小應(yīng)變（5%、10%、20%、50%）和大應(yīng)變（100%）的實時反應(yīng)。(c) PGG水凝膠傳感器對50%恒定應(yīng)變的50個拉伸循環(huán)的抗疲勞靈敏度。連接在不同身體關(guān)節(jié)上的PGN傳感器的實時相對電阻變化：（d）膝關(guān)節(jié)和（e）手指關(guān)節(jié)。(f) 混合水凝膠對人體微小運動的相對阻力變化。

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

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