DLP 3D打印超强韧Zr4+-DES-PAAc水凝胶：面向高性能柔性电子与自供电传感的创新突破

本文推荐一种基于数字光处理（DLP）3D打印技术开发的Zr4+-深共熔溶剂（DES）-聚丙烯酸（PAAc）水凝胶。该材料通过氢键、Zr4+-羧酸根离子配位键和静电相互作用构建软硬相分离双网络结构，兼具卓越机械强度（1.86 MPa应力）、高导电性（0.51 S/m）和循环压缩稳定性（2.69 kJ·m-3能量耗散），突破了传统水凝胶功能性与韧性不可兼得的瓶颈。其可精准定制生物电极、抗冲击结构等复杂构型，在自供电压力传感、生物信号监测等领域展现独特优势。

　　

Highlight
通过数字光处理（DLP）3D打印技术开发的Zr⁴⁺-深共熔溶剂（DES）-聚丙烯酸（PAAc）水凝胶，创新性地整合了氢键网络、Zr⁴⁺-羧酸根离子配位键和DES与PAAc链间的静电相互作用，构建出独特的软硬相分离双网络结构。这种设计赋予材料"能量耗散-存储"的智能机制，使其兼具超高机械强度（极限应力1.86 MPa）、优异导电性（电导率0.51 S/m）和循环压缩稳定性（能量耗散2.69 kJ·m^-3），成功解决了传统水凝胶功能与韧性不可兼得的科学难题。

Results and discussion
图1a展示了水凝胶的制备过程：丙烯酸（AAc）在聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDMA）存在下发生化学交联形成聚丙烯酸（PAAc）网络。由氢键受体（甜菜碱TMG）和供体（乙二醇EG）组成的DES能与PAAc链形成大量氢键；同时TMG分子中的两性离子特性通过静电作用实现分子间连接。DES的大规模取代显著提升了材料致密性，使其具备-25℃至60℃的宽温域稳定性。

Conclusions
该研究通过DLP 3D打印制备的Zr⁴⁺-DES-PAAc水凝胶具有快速成型优势。硬/软相分离的双网络设计使其获得2.69 kJ·m^-3的能量耗散能力和卓越导电性。DES的引入使材料具备宽温域适应性（-25℃至60℃），可作为自供电压力传感器（通过电池组装）、生物电信号采集电极和抗冲击防护组件应用于可穿戴医疗、软体机器人等领域。