離子導電水凝膠在能量存儲與轉換、軟體機器人和生物傳感等領域應用越來越廣泛。特別是聚電解質水凝膠，因其聚合物鏈帶有正電荷或負電荷，展現出了優異的電化學穩定性和電荷穩定性，從而受到了特別關注。然而，這些水凝膠的機械性能脆弱，限制了它們在實際應用中的廣泛使用。
 

    鑒于此，西北工業大學張彪團隊聯合淮陰工學院胡光團隊開發了一種新型的3D打印離子導電復合水凝膠，這種水凝膠通過加入經過修飾的膨潤土（Attapulgite，簡稱ATP）和聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，簡稱PVA）的雙重網絡增強，具備了優異的機械性能和離子導電性。
 

通過使用𝜸-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）適度修飾的ATP剛性顆粒和PVA半晶態雙重網絡增強，制備了機械強度高和導電性好的N,N,N-三甲基乙氨基氯化物（AEtMACl）基水凝膠。利用數字光處理（DLP）技術，可以快速打印出這種復合水凝膠，克服了傳統水凝膠在3D打印上的局限性。   
 

通過調整M-ATP（改性凹凸棒土）含量、PVA（聚乙烯醇）含量、水含量以及它們之間的相互作用來優化離子導電水凝膠的機械性能。實驗結果表明，當M-ATP含量為5wt%，PVA含量為7wt%，水含量為40%時，水凝膠展現出最佳的綜合機械性能，包括提高的拉伸強度和延展性。此外，通過結構設計，還制備了超出水凝膠應變限制的應變傳感器，并證明了水凝膠在循環拉伸測試中具有良好的循環穩定性，這對于開發可穿戴應變傳感器具有重要意義。
 

改性凹凸棒土增強的離子導電水凝膠的電學性能，包括其在不同含水量下的導電性、在拉伸過程中的電阻變化、以及在循環拉伸中的應變傳感性能。實驗發現，水凝膠的導電性隨著含水量的增加而提高，且在0%至90%的應變范圍內具有線性響應，表現出良好的應變傳感特性。此外，利用這些水凝膠制造的生物傳感器能夠檢測人體喉結的運動，如在說話和吞咽過程中的上下移動，顯示出在生物傳感領域應用的潛力。   
 

     對改性凹凸棒土增強的離子導電水凝膠進行封裝和結構設計的方法，以提高其在干燥或濕潤環境中的穩定性。通過使用基于聚氨酯的透明彈性體對水凝膠進行封裝，成功解決了水凝膠在環境變化下的脫水或吸水問題，顯著提高了其存儲時間。此外，設計的傳感器結構，如正弦形狀的應變傳感器，能夠擴展水凝膠的應變感應范圍至175%，增強了其在實際應用中的性能。封裝后的傳感器在室溫下存儲12小時后仍能保持其導電性和傳感性能，證明了封裝策略的有效性。

全文總結：
總而言之，本文通過數字光處理(DLP) 3D打印技術成功制造了一種具有優異機械性能和離子導電性的復合水凝膠。該水凝膠利用適度改性的凹凸棒土(M-ATP)和聚乙烯醇(PVA)雙重網絡增強，不僅在含水量40%時展現出最佳導電性能，而且通過封裝策略顯著提高了其環境穩定性和存儲時間。此外，該水凝膠在生物傳感領域展現出巨大潛力，能夠檢測人體喉結運動和手指彎曲等動作，為柔性電子設備和智能可穿戴技術的發展提供了創新材料解決方案。              

文章來源：
https://doi.org/10.1002/adfm.202408775

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