福州大学赖跃坤、黄剑莹/新加坡国立大学林志群《Chem. Soc. Rev.》综述：导电水凝胶的分类、性质及应用研究进展

高分子科技 2022-12-15 16:07

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智能可穿戴设备广泛地应用于人体运动检测、人机界面、超级电容器和软触摸面板等领域。传统刚性传感器一般由弹性基板和导电填料组成，由于拉伸性有限、变形恢复速度慢、变形恢复率低，导致信号传输不准确。水凝胶材料与生物组织相似，富含水的三维网络结构、自适应调制和可调弹性模量。水凝胶的柔软性和灵活性可以减少与生物组织的机械不匹配，这对可穿戴电子设备非常重要。

导电水凝胶通常是将导电聚合物、金属/碳基材料或离子或盐结合到水凝胶网络中来构建的。然而，导电添加剂和聚合物网络之间的相分离通常会导致机械和导电稳定性的降低。因此，为了使导电水凝胶具有良好的性能，必须保证聚合物网络与导电添加剂之间稳定、强的结合。为提升导电水凝胶的实用性，研究人员通过多种方法赋予水凝胶可拉伸性，粘附性，抗干燥性，自愈合等特性。然而在制备具有优异力学性能和电学性能的多种功能的水凝胶方面仍存在各种问题。目前，研究人员已经采用了多种策略来应对这些挑战。

在此， 福州大学赖跃坤、黄剑莹教授和新加坡国立大学林志群教授系统地总结了导电水凝胶的分类、性质及应用研究进展。首先总结了一些具有代表性的导电水凝胶，包括基于导电聚合物的单网络水凝胶，含导电添加剂的单网络水凝胶，双网络水凝胶，以及含导电添加剂的双网络水凝胶。其次，讨论了具有自愈、超韧、自生长、黏附、抗肿胀、抗菌、结构着色、疏水、抗冻、形状记忆和响应性等功能的导电水凝胶。第三，讨论了导电水凝胶在柔性器件领域的广泛应用，包括应变传感器、超级电容器、电池、触摸面板、摩擦电纳米发电机、生物电子器件和人工机器人等。最后对导电水凝胶面对的未来挑战和应用前景进行了展望。该综述以题为“ Recent Advances in Conductive Hydrogels: Classifications, Properties, and Applications”发表在 Chem. Soc. Rev.上。

图1 导电水凝胶分类、性能和应用

图2 基于导电聚合物的单网络水凝胶

图3 添加导电填料的双网络水凝胶

综上所述，他们从分类、性质及应用研究三个方面对导电水凝胶进行了系统的总结。具有高且稳定电导率的水凝胶将是未来研究的重点，如何平衡导电水凝胶导电性和机械性能之间的竞争，并且在极端干燥和炎热/寒冷的气候下保持水凝胶电导率的稳定性仍然目前研究的重点问题。对高性能水凝胶柔性电子设备的巨大需求将推动进一步的研究和创新。在未来的发展过程中挑战和机遇并存，他们相信，这个工作可以让研究人员深入了解导电水凝胶，并推动这一领域向前不断发展。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D2CS00173J

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