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  導電水凝膠因其優(yōu)異的導電性、類皮膚模量和良好生物相容性，被視為柔性導電材料的理想候選。然而，傳統(tǒng)水凝膠骨架中的親水基團使其在潮濕環(huán)境中極易吸水膨脹，導致機械性能顯著下降，并嚴重影響傳感精度。更關鍵的是，潮濕條件下材料表面形成的水合層會阻礙水凝膠與基底的相互作用，削弱粘附力，增加脫落風險，制約了其在水下等復雜場景的長期穩(wěn)定應用。因此，開發(fā)抗溶脹水凝膠對保障水下活動的安全監(jiān)測至關重要。

  針對這一挑戰(zhàn)，福州大學賴躍坤教授、黃劍瑩教授團隊和安徽農(nóng)業(yè)大學朱天雪教授近期通過簡便的“一鍋法”，成功制備了一種新型雙網(wǎng)絡水凝膠（PAHCT）。該工作以丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）、單寧酸（TA）和季銨化殼聚糖（QCS）為原料，通過一步自由基聚合，巧妙構建了基于多重氫鍵、靜電相互作用及鏈纏結協(xié)同的高密度交聯(lián)雙網(wǎng)絡結構，專為兩棲環(huán)境運動傳感設計。相關成果以“UV-cured Dense Double Network Hydrogel via Multiple Dynamic Crosslinking for Stable Amphibious Motion Sensing”為題發(fā)表于國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》。

創(chuàng)新設計與卓越性能：

  （1）雙網(wǎng)絡協(xié)同增強：PAHCT水凝膠由丙烯酸與甲基丙烯酸羥乙酯共聚形成第一網(wǎng)絡，季銨化殼聚糖（QCS）構成第二網(wǎng)絡，并引入單寧酸（TA）作為多功能組分。

  （2）多重動態(tài)交聯(lián)：丙烯酸電離產(chǎn)生的羧基與殼聚糖季銨根之間形成強靜電作用；同時，單寧酸的酚羥基、聚丙烯酸鏈段的羧基以及甲基丙烯酸羥乙酯的酯基之間產(chǎn)生豐富的多重氫鍵。這些密集的動態(tài)相互作用，結合聚合物鏈的物理纏結，極大提升了水凝膠的交聯(lián)密度。

圖一PAHCT水凝膠的合成機理及相關表征

  高交聯(lián)密度賦予水凝膠優(yōu)異的力學性能（拉伸率高達990%，斷裂強度96 kPa）和突出的抗疲勞性（循環(huán)拉伸測試表現(xiàn)穩(wěn)定）。單寧酸的引入則貢獻了強大的普適性粘附力（對多種基材粘附牢固，10次循環(huán)后強度無衰減）。

圖二水凝膠的力學及粘附性能

  基于PAHCT水凝膠優(yōu)異的拉伸性和粘附性，團隊系統(tǒng)測試了其傳感性能：

  寬應變范圍與穩(wěn)定性：傳感器具備寬應變傳感范圍，且在50-200 mm/min的不同拉伸速率下，電阻變化（ΔR/R?）保持穩(wěn)定。

  高分辨與可靠性：能清晰區(qū)分10%-500%應變下的循環(huán)信號，電阻變化呈現(xiàn)周期性且高度穩(wěn)定，并在長達800次的循環(huán)測試中表現(xiàn)可靠。

圖三PAHCT水凝膠的傳感性能

  正是得益于多重交聯(lián)構筑的高密度網(wǎng)絡，PAHCT水凝膠展現(xiàn)出卓越的抗溶脹性能。在水環(huán)境中浸泡7天后，其平衡溶脹率僅為5.5%，遠優(yōu)于傳統(tǒng)水凝膠。成功實現(xiàn)了水下莫爾斯電碼通信：通過定義手指彎曲30°和90°分別對應“點”和“劃”，利用實時電阻變化精準傳輸了“SOS”及“help me”求救信號。并且可以作為應變傳感器精準捕獲微動作與大關節(jié)運動。

圖四抗溶脹性能及水下傳感性能

圖五水下通信及水下運動監(jiān)測

  此項研究開發(fā)的PAHCT抗溶脹導電水凝膠，有效解決了傳統(tǒng)水凝膠在水下環(huán)境的關鍵限制，為開發(fā)穩(wěn)定、可靠的兩棲可穿戴傳感器，特別是水下救援通信裝備，提供了強有力的材料支撐和技術路徑。

  論文信息：

  UV-Cured Dense Double Network Hydrogel via Multiple Dynamic Crosslinking for Stable Amphibious Motion Sensing

  Ruizi Wu, Tianxue Zhu^*, Yimeng Ni, Che Wu, Wenyi Wang, Kunyang Zhao, Jianying Huang^*, Yuekun Lai^*, Adv. Funct. Mater. 2025, 35, e2515120.

  https://doi.org/10.1002/adfm.202515120