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自愈超黏水凝胶，可作应变传感器检测人体运动

来源：互联网2022年03月09日

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提到胶水，不少人想到的都是工业用胶或者是家庭/办公室用胶，但实际人体自身也有用胶的需求。

尤其近些年，多功能可穿戴电子设备的高速发展，对于生物相容性高、对人体友好的柔性胶黏剂材料的需求越来越多，且对此类胶黏剂的技术要求也越来越高，比如可拉伸且可恢复、自愈合、对皮肤粘附力强、对人体友好无副作用、可导电以检测人体运动等。

威斯康星大学麦迪逊分校和华南理工大学的科研团队合作研发出一种具有弹性体性能的可自愈超黏水凝胶，可应用于检测人体运动的应变传感器。

粘结性能

首先，该水凝胶对各种材料都表现出不错的粘结效果，包括对猪皮的粘接。

与市面上的Avery Glue SticTM 固体胶和3M Scotch双面胶相比，该水凝胶在放置17小时后对于各种基材，如不锈钢、纤维、木材、玻璃和PET都有着更高的粘结强度。

而且它的粘附力具有很好的可逆性：当遇到水后，水凝胶会失粘，原来牢牢粘在一块的两片基材便可轻易剥离；当过量的水分被擦拭去后，水凝胶又可以恢复粘性，继续用来粘结基材，且粘接强度保持不变。

该水凝胶在粘结力方面的不足之处是，施胶后的前3小时内，基本没有太明显的粘结强度。

自愈性能

此外，该水凝胶也表现出优异的自愈合性能，如下图两个实验所示：

第一个实验：在水凝胶膜上划一刀深深的裂痕，在室温下静置，30min内，裂痕可逐渐愈合。

第二个实验：把这块水凝胶切割成两块再重叠在一块，室温下放置2小时后，进行压缩和拉伸测试。从上图可见，初始水凝胶和自愈合后的水凝胶表现出很相似的压缩/拉伸曲线图，表现出优异的自愈合能力。

对人体运动的检测能力

该水凝胶同时具有监控人体运动的能力，原因在于它在stretch和release的两种状态下表现出不同的导电能力。

如上图所示，当水凝胶被拉伸（stretch）时，导电性能降低，灯光明显减弱；当拉伸的水凝胶恢复原状（release）时，导电性恢复，灯光也恢复到原来亮度。

基于这个机理，该水凝胶可制作应变传感器用于检测人体各个部位的运动，比如(a)手指的快速弯曲和伸直，(b)脖子上人体的深呼吸，(c)膝盖的快速弯曲和伸直，(d)手肘的弯曲和伸直

技术核心

该水凝胶究竟是如何实现以上性能的？这离不开它的化学结构，如下图所示：

纳米滑石粉(Talc)与多巴胺(Dopamine)混合反应形成聚合多巴胺-滑石粉(PDA-talc)；接着把丙烯酰胺AM、KCl、交联剂和引发剂在PDA-talc溶液中原位聚合，最终得到目标水凝胶。

PDA链段中邻苯二酚，可以帮助PDA锚定在纳米滑石粉表面形成PDA-talc结构；同时，PDA可以与聚合丙烯酰胺之间形成化学交联网络；物理缠绕与化学交联的双重作用，极大地提高了水凝胶的力学性能。

此外，PDA中邻苯二酚结构，不但可以提供对不同基材的粘附能力，它们彼此之间的π-π堆积和氢键作用，也赋予了水凝胶的自修复和拉伸恢复的能力。

而文章中提到的水凝胶的导电性能则主要来源于K+和Cl-离子。

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