基于霍夫迈斯特效应（Hofmeister-Effect）的各向异性、高强度且不膨胀的水凝胶，用于水下监测

《Advanced Functional Materials》：Anisotropic Tough and Non-Swelling Hydrogels Based on Hofmeister-Effect for Underwater Monitoring

各向异性复合水凝胶通过PVA/CNT材料与冰模板/盐析法协同制备，兼具高机械性能（3MPa拉伸强度）、导电性（0.11 S/m）和抗肿胀特性（肿胀率0.8%），在水下应变传感（响应时间500ms）、通信及监测中表现优异，耐1400次疲劳循环。

　　

摘要

由于具有类似皮肤的柔软性、应变敏感性和生物相容性，水凝胶被广泛用于可穿戴电子设备、软体机器人和人机界面中。然而，合成水凝胶在机械强度和抗疲劳性能方面往往无法与天然的高含水量各向异性承重组织相媲美。此外，大多数水凝胶容易发生膨胀，这限制了它们在潮湿环境中的应用。本文通过使用聚乙烯醇（PVA）和羧基化碳纳米管（CNT），并通过冰模板和盐析策略制备了一种具有优异机械性能和不膨胀特性的各向异性复合水凝胶（PVA/CNT-S）。该复合水凝胶沿排列轴具有各向异性结构，高含水量（65%）、出色的拉伸强度（3 MPa）和韧性（4 MJ·m^?3）以及电导率（0.11 S·m^?1）。其膨胀率为0.8%，在水环境中一个月后仍能保持结构完整性，并能承受1400次水下疲劳循环而不会断裂。PVA/CNT-S可用作应变传感器，响应速度快（500 ms），且传感性能稳定（在10,000次拉伸循环中），能够实时监测水下机器鱼的游动和人类动作。此外，它还支持水下摩尔斯电码通信和水位监测，为水下传感、求救信号传输和早期警报应用提供了多功能平台。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。