离子导电水凝胶在制造柔性人造皮肤样装置方面引起了极大的关注。然而，基于水凝胶的离子皮肤仍然存在未解决的挑战，例如拉伸性和顺应性的实现差，界面相互作用弱，以及单一的感官功能。此外，通过引入甘油/水溶剂系统，有机水凝胶实现了理想的环境稳定性。有机水凝胶中PAAM-CNF混合骨架与电解质之间相互作用的示意图。图4.具有不同TA含量的有机水凝胶的紫外-可见光谱。说明用作紫外线阻挡敷料的基于有机水凝胶的离子皮肤的照片。
离子导电水凝胶在制造柔性人造皮肤样装置方面引起了极大的关注。然而，基于水凝胶的离子皮肤仍然存在未解决的挑战，例如拉伸性和顺应性的实现差，界面相互作用弱，以及单一的感官功能。最近，科研人员通过在聚丙烯酰胺/纤维素纳米原纤维（PAAm/CNF）杂化骨架、单宁酸（TA）功能化界面的存在下，通过一步紫外线引发的聚合轻松制造了一种基于有机水凝胶的高性能离子皮肤，和溶解在甘油-水二元溶剂网络中的电解质（NaCl）。
该设计策略证明了互穿网络和键合结构在提高超拉伸性（高达 1430%）、合适的杨氏模量（≈23 kPa）和高离子电导率（2.7 S m-1）方面具有深远的协同作用。受贻贝足蛋白中儿茶酚基团粘附机制的启发，TA 组分提供了持久的界面接触（自粘性 ≈ 103 N m-1）和意想不到的紫外线阻挡能力（效率 > 99.9%）。此外，通过引入甘油/水溶剂系统，有机水凝胶实现了理想的环境稳定性。此外，得益于卓越的机械响应和热感知能力，我们的离子皮肤可以组装成电容传感器，用于实际运动监测以及热敏电阻，用于动态温度检测。
图 1. (a) 说明在有机水凝胶中形成 PAAm-CNF 互穿网络和水性电解质（Na 、Cl- 和甘油-水二元溶剂）的示意图。(b) 甘油-水网络中电解质解离和水合的示意图。(c) 有机水凝胶中 PAAM-CNF 混合骨架与电解质之间相互作用的示意图。(d) 有机水凝胶表面形成的儿茶酚-醌基团的示意图。(e) 示意图，说明用于自粘界面和紫外线阻挡能力的凝胶基离子皮肤的形成。
图 2. (a) 具有不同 CNF 含量的离子导电有机水凝胶的 EIS Nyquist 图
图 3. (a) PC0TN 和 PC100TN 有机水凝胶的拉伸应力-应变曲线，说明 CNF 提高了机械强度。
图 4. (a) 具有不同 TA 含量的有机水凝胶的紫外-可见光谱（在 300-1000 nm 期间）。(b) 说明具有不同 TA 含量 (wTA/wAAm) 的有机水凝胶的紫外线阻挡特性的照片。(c)说明用作紫外线阻挡敷料的基于有机水凝胶的离子皮肤的照片。(d) 说明离子皮肤的紫外线阻挡能力的照片。(e) 有机水凝胶对紫外线和可见光的过滤过程示意图。(f) 说明源自 TA 分子的儿茶酚-醌可逆互变异构和 π-电子共轭效应的示意图。
相关论文以题为Multifunctional Organohydrogel-Based Ionic Skin for Capacitance and Temperature Sensing toward Intelligent Skin-like Devices发表在《Chemistry of Materials》上。通讯作者是华南理工大学陈港教授。
参考文献：
doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c01904
