導(dǎo)電水凝膠同時(shí)具備導(dǎo)電材料和柔性材料的特征，因而成為柔性可穿戴設(shè)備的首選材料之一。然而，其溶脹行為極大地限制了導(dǎo)電水凝膠在水環(huán)境中的應(yīng)用。

最近，蘭州大學(xué)呂少瑜教授團(tuán)隊(duì)在前期工作基礎(chǔ)上(ACS Appl. Mater. Interfaces2019, 11,31393-31401;ACS Materials Lett.2020, 2, 1375-1380;ACS Appl. Mater.Interfaces2021, 13, 13629-13636 )，與南華大學(xué)魏華教授合作設(shè)計(jì)了一種抗溶脹導(dǎo)電水凝膠。該水凝膠具有高韌性（518 kJ/m3）、高壓縮模量（8.12 MPa）、高離子電導(dǎo)率（4.58 S/m）以及抗溶脹性能（水中30天平衡溶脹比為9%）?；谠摽谷苊浰z開發(fā)了一種水下應(yīng)變傳感器，研究了其在水下運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。相關(guān)研究以“An Anti-Swellable Hydrogel Strain Sensor forUnderwater Motion Detection”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。蘭州大學(xué)碩士研究生任家淵為第一作者，魏華教授和呂少瑜教授為共同通訊作者，該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和甘肅省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。

該水凝膠傳感器由聚乙烯醇(PVA)、甲基丙烯酰乙基磺基甜菜堿 (SBMA)和甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)的共聚物組成。柔性PHEMA鏈提供的氫鍵可提高水凝膠對(duì)外力的抵抗，同時(shí)增強(qiáng)了其適應(yīng)外界鹽度和酸度變化的能力。冷凍/解凍形成的PVA微晶結(jié)構(gòu)域作為無定形水凝膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)點(diǎn)，提高了水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度。兩性離子SBMA的引入提供了離子遷移通道，因而提高了水凝膠的電導(dǎo)率。同時(shí)，通過加入HCl，SBMA的磺酸基團(tuán)質(zhì)子化，陽離子之間的靜電斥力導(dǎo)致水凝膠滲透壓降低，從而抑制水凝膠的溶脹。該水凝膠在純水和人工海水浸泡30天后平衡溶脹比分別為9%和13%。此外，水凝膠還能在不同溶劑和較寬的pH范圍內(nèi)保持抗溶脹，這對(duì)拓展其應(yīng)用十分有利。在水中浸泡一天后，該水凝膠傳感器仍表現(xiàn)出優(yōu)異的傳感性能(圖1)，這為實(shí)現(xiàn)水下傳感提供了可能。作者進(jìn)一步評(píng)估了該水凝膠應(yīng)變傳感器在水下運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，結(jié)果顯示，該水凝膠傳感器能夠準(zhǔn)確而可靠地識(shí)別水下運(yùn)動(dòng)信號(hào)（圖2）。該研究為開發(fā)用于水下環(huán)境的水凝膠傳感器提供了一種新的策略，且拓展了柔性可穿戴設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1. 水凝膠傳感器的電學(xué)性能及傳感性能

圖2. 水凝膠傳感器用于水下運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)