【引言】

導電水凝膠由于其柔韌性，可用于人體的相關生物電子設備，如可穿戴式電子設備、人工智能觸覺傳感器、健康監測電和心臟補丁。然而，由于水凝膠的高含水量(80%)特性，使其對環境敏感，水分子無法被穩定地固定在聚合物網絡中。高溫會使水凝膠干燥，而低溫時水凝膠會被凍住。即使在正常溫度下，水分子也會從水凝膠中揮發出來，影響水凝膠的長期使用。因此，水凝膠的穩定差是制約其應用的重要問題。設計具有長期穩定性、抗凍性和耐 熱性的水凝膠，使其在不同溫度下維持良好的性能是一個挑戰。


【成果簡介】

針對現有的水凝膠對環境敏感，不能在低溫、高溫條件下正常工作的問題，西南交通大學魯雄教授（通訊作者）課題組，采用甘油-水為二元溶劑制備了醇/水混合凝膠，并在其中復合經過仿貽貝聚多巴胺修飾的碳納米管，形成仿貽貝的導電抗凍、耐熱水凝膠。雖然甘油-水是常見的抗凍體系，但是甘油加入會阻礙高分子單體聚合。因此，迄今未見有甘油基抗凍水凝膠的報道。西南交通大學魯雄課題組，基于量子力學計算指導，通過精心設計反應體系，克服了醇/水溶液中凝膠困難，形成多功能水凝膠。相對于傳統的水凝膠，本研究制備的醇/水混合凝膠中，丙三醇與水能夠形成更強的氫鍵作用，防止水凝膠網絡中的水分子在低溫時結冰、高溫時揮發。相關成果以“Mussel-inspired adhesive and conductive hydrogel with long-lasting moisture and extreme temperature tolerance”為題發表在2017年11月28日出版的材料領域期刊Advanced Functional Materials上。該研究得到了重點研發計劃、863、自然科學基金等項目支持。