基于双重化学交联策略的高强低滞PVA水凝胶及其多功能传感应用

本研究创新性地采用2D树脂共价交联和硼砂动态交联的双网络策略，成功制备出兼具高拉伸强度（623-954%）、低滞后性（残余应变仅4.13%）的PVA/2d DN水凝胶。该材料在电阻应变传感、电容压力传感和摩擦电自供能传感中展现出高灵敏度与循环稳定性，为电子皮肤（e-skin）和智能穿戴设备提供了新型功能材料解决方案。

　　

Highlight

材料：聚乙烯醇（PVA，95% Mn: 89,000–98,000）、MgCl₂·6H₂O和柠檬酸（CA）购自上海麦克林生化有限公司；Na₂B₄O₇·10H₂O购自阿拉丁试剂；二羟甲基二羟基乙烯脲（2D树脂）购自中山兰翔树脂有限公司。

Results and discussion

2D树脂作为PVA水凝胶的共价交联剂，在CA酸性条件下与PVA发生缩合反应形成单网络结构，显著提升交联度。硼砂与PVA通过两步反应形成动态硼酸酯键（diol-borate ester），构建动态交联网络（图1）。共价交联网络限制形变，而动态键的可逆断裂-重组能高效耗散能量，使材料兼具623-954%的拉伸应变和35-86 kPa的强度，滞后损耗仅4.13%。

Summary

结论表明，PVA/2d DN水凝胶通过2D树脂的共价交联和硼酸酯键的动态交联形成双网络结构。这种设计不仅大幅提升机械性能，还赋予材料在电阻应变传感（检测限低至0.1%应变）、电容压力传感（灵敏度达0.85 kPa^-1）和摩擦电传感器中的卓越性能，为人体运动监测和金属分类提供了创新解决方案。