高效的时间利用方式：原位制备大规模、机械性能优异、自粘性强的导电水凝胶，用于制作表皮电子皮肤

《Journal of Materials Science & Technology》：Time-efficient in situ fabrication of large-scale, mechanical robust, self-adhesive, electrically conductive hydrogel as epidermal electronic skin

水凝胶传感器平台通过GO-LAA纳米催化系统实现快速制造、机械与电性能平衡，具备高灵敏度（最大11.23倍）和临床级连续生理监测能力。

　　这项研究提出了一种创新的纳米催化系统，该系统基于氧化石墨烯（GO）和L-抗坏血酸（LAA），用于在传统水凝胶基质中实现多功能、集成且可靠的导电水凝胶材料。这一技术突破了现有水凝胶传感平台在性能集成、快速制造以及长期动态监测信号一致性方面的关键限制。研究团队通过结合GO与LAA的独特特性，成功构建了一种能够在常温常压下快速、自发且大规模制备的水凝胶体系，同时实现了机械-电耦合和高灵敏度、高可靠性的传感检测功能。

水凝胶因其独特的物理化学特性，如机械弹性和高含水量，近年来在柔性电子、健康监测和人机交互等领域展现出巨大的应用潜力。然而，传统导电水凝胶材料在性能集成方面仍面临挑战。一方面，由于其高含水量（通常超过70%）和有限的导电路径，导致机械性能和电导率之间难以达到平衡。另一方面，现有的制造方法往往依赖于热或辐射引发的自由基聚合反应，这不仅耗时耗能，也不利于大规模工业生产。因此，开发一种快速、高效且通用的策略，以同时提升水凝胶的机械性能和电导率，并简化其制造流程，成为当前研究的重点。

研究团队在本工作中引入了一种新型的纳米催化系统，该系统利用GO和LAA的协同作用，成功地在商业基质中构建了高性能的导电水凝胶材料。GO片具有三重功能：作为共引发剂、交联剂和导电填料（还原氧化石墨烯，RGO），这使得水凝胶能够在分钟级别内实现快速自凝胶化，同时具备良好的机械强度、自粘性以及高电导率。这种设计不仅简化了水凝胶的制造过程，还提升了其在实际应用中的性能表现。

此外，该水凝胶体系在机械性能和电导率之间实现了良好的平衡。实验数据显示，该水凝胶的拉伸强度达到235.9 kPa，断裂伸长率高达2522%，表明其具有出色的机械延展性。同时，其对应的传感器表现出高应变依赖的灵敏度（最大灵敏度因子为11.23），高度稳定的重复性，以及宽广的机电响应范围（约2400%）。这些特性使得该水凝胶在生理信号监测方面具有卓越的性能，尤其是在连续脉搏波和肌肉收缩监测中，其准确度达到了临床级别的标准。

值得注意的是，该水凝胶的自粘性能在无需额外粘合剂的情况下即可实现，这为其在实际应用中的安装和使用提供了便利。结合无线技术，该水凝胶基的柔性传感器能够检测多尺度的机械变形，并实现高精度的生理信号监测。这一创新方法不仅提高了水凝胶的性能，还大大缩短了其制造时间，使得大规模生产成为可能。

研究团队在本工作中探索了多种策略，以解决传统水凝胶材料在性能集成和制造效率方面的不足。例如，通过引入单宁酸封装的纤维素纳米晶/锌离子导电水凝胶，可以保留良好的机械弹性，但其机械性能（拉伸强度低于0.12 MPa，断裂伸长率低于500%）仍显不足。此外，之前的研究尝试通过MXene激活系统来构建多功能导电水凝胶，但该2D纳米材料在氧化环境下稳定性较差，限制了其在高性能水凝胶材料中的应用。为了解决这一问题，研究团队成功合成了具有增强氧化稳定性功能的木质素纳米球修饰MXene纳米片，从而提升了水凝胶材料的性能。然而，该方法仍存在工艺复杂、耗时较长（超过12小时）以及使用有机溶剂等环境不友好的问题，这在一定程度上阻碍了其在高端应用中的推广。

相比之下，氧化石墨烯（GO）和还原氧化石墨烯（RGO）因其良好的水分散性和与水凝胶基质的优异兼容性，成为构建高性能导电水凝胶的优选材料。这些GO或RGO水凝胶能够实现机械强度、电导率和传感能力的综合平衡，使其在多种应用场景中表现出色。然而，现有的研究仍受限于传统基质的制造效率，即缺乏快速且可控的制造方法。因此，开发一种能够在短时间内完成制造的高效策略，成为提升水凝胶性能的关键。

本研究提出的GO-LAA纳米催化系统，成功克服了上述问题。该系统能够在常温常压下快速、自发地进行水凝胶的制备，无需额外的能量供应，大大提高了制造效率。同时，该系统能够实现机械-电耦合，使水凝胶材料在保持良好机械性能的同时，具备较高的电导率。此外，该水凝胶材料还具备良好的自粘性能，使其在实际应用中更加便捷和可靠。这些特性使得该水凝胶基的电子皮肤在连续脉搏波和肌肉收缩监测中表现出卓越的性能，其准确度达到了临床标准。

该研究的创新点在于，通过引入GO和LAA的协同作用，成功构建了一种能够在短时间内完成制造的高性能导电水凝胶材料。GO片在这一系统中不仅作为共引发剂和交联剂，还作为导电填料，使水凝胶在自凝胶化过程中形成稳定的导电网络。同时，LAA的引入促进了GO的还原反应，进一步增强了水凝胶的导电性能。这种协同作用使得水凝胶在保持良好机械性能的同时，具备较高的电导率，从而实现了多功能、集成和可靠的水凝胶材料。

此外，该研究还强调了制造工艺的优化。传统的水凝胶制造方法往往依赖于热或辐射引发的自由基聚合反应，这不仅耗时耗能，也不利于大规模工业生产。而本研究提出的GO-LAA纳米催化系统，能够在常温常压下实现快速自凝胶化，无需额外的能量供应，大大降低了制造成本和时间。这种制造方法不仅适用于实验室研究，还具备良好的工业可扩展性，为未来智能可穿戴电子设备的发展提供了新的思路。

在实际应用中，该水凝胶材料表现出优异的性能。例如，在连续脉搏波和肌肉收缩监测中，其准确度达到了临床标准，这表明其在健康监测领域具有广阔的应用前景。同时，该水凝胶材料还具备良好的机械延展性和自粘性，使其能够适应复杂的体表结构，提高其在实际应用中的适用性和稳定性。这些特性使得该水凝胶基的柔性传感器能够在多种环境中稳定运行，为智能可穿戴设备的发展提供了坚实的材料基础。

该研究还通过实验验证了GO-LAA纳米催化系统的有效性。实验结果显示，该系统能够显著提升水凝胶的机械性能和电导率，同时保持良好的自粘性和传感能力。此外，该水凝胶材料在长期动态监测过程中表现出良好的信号一致性，这为其在可穿戴设备中的应用提供了保障。这些实验数据不仅证明了该系统的可行性，还为其在未来的应用推广奠定了基础。

综上所述，这项研究提出了一种创新的纳米催化系统，该系统基于GO和LAA的协同作用，成功构建了高性能的导电水凝胶材料。该材料在保持良好机械性能的同时，具备较高的电导率和自粘性，能够实现多功能、集成和可靠的性能。此外，该系统的制造方法无需额外能量供应，能够在短时间内完成大规模生产，为未来智能可穿戴电子设备的发展提供了新的思路和技术支持。该研究不仅解决了传统水凝胶材料在性能集成和制造效率方面的不足，还为相关领域的进一步研究和应用提供了重要的参考价值。