抗冻强韧的银金属有机框架复合水凝胶（Ag-MOFs@PVA/XG）在柔性传感与机器人状态监测中的应用

本文创新性地通过物理交联策略构建了PG2/Ag-MOFs-XG多功能水凝胶传感器，利用甘油-水二元溶剂体系赋予材料低温适应性（-18°C），通过Ag+与黄原胶（XG）分子链的静电锚定实现银金属有机框架（Ag-MOFs）的原位生长，使拉伸强度在25°C和-18°C下分别提升101%和112%，同时具备优异的拉伸灵敏度（GF=3.65）和压缩灵敏度（S=3.38×10?2 kPa?1），为智能机器人柔性传感提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过银离子（Ag⁺）与黄原胶（XG）分子链上羧基和羟基的静电相互作用，在温和水相条件下实现了银金属有机框架（Ag-MOFs）的可控原位生长。这种独特的"刚柔并济"网络结构使水凝胶在-18°C至25°C宽温域内展现卓越性能：拉伸强度较纯PVA水凝胶提升超100%，同时具备3.65的应变系数（GF）和3.38×10^?2 kPa^?1的压力灵敏度，犹如给机器人装上了能感知严寒的"仿生神经"。

Materials

实验采用硝酸银（AgNO₃）作为银源，2-甲基咪唑（2-MI）为有机配体，黄原胶（XG）分子量达5.77×10⁶ Da，其乙酰化度（1.90%）和丙酮酸化度（4.85%）为Ag⁺提供了精准锚定位点，就像用分子尺规搭建纳米级"银城堡"。

Synthesis and characterization of Ag-MOFs-XG

通过室温静置法在XG分子链上原位构筑Ag-MOFs，扫描电镜（SEM）显示其形貌从光滑多面体转变为粗糙的鳞片状球形结构，就像在多糖骨架上镶嵌了纳米级"银甲"。透射电镜（TEM）证实Ag-MOFs-XG中银元素均匀分布，这种独特的结构使水凝胶分子链运动受限，拉伸强度在低温下仍保持0.746 MPa。

Conclusion

PG₂/Ag-MOFs-XG水凝胶通过Ag⁺与XG的静电螯合作用，构建了兼具机械强度和传感精度的"分子盔甲"结构。其粗糙表面形貌和双网络交联策略，为开发智能机器人用高灵敏度柔性传感器提供了新范式，未来可应用于工业机器人抓取力监测和关节状态反馈等场景。