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 柔性電子的發(fā)展迫切需要同時具備優(yōu)良的機(jī)械性能（韌性、可拉伸性和自恢復(fù)性能）、導(dǎo)電性和透明性等集多種性能與一體的柔性導(dǎo)體。水凝膠作為一種半固態(tài)離子導(dǎo)體，鑒于其高透明性、粘彈性和易調(diào)控性等優(yōu)點，在柔性電子領(lǐng)域引起研究者廣泛的關(guān)注。然而，傳統(tǒng)水凝膠力學(xué)性能和自恢復(fù)能力通常較弱，難以滿足實際應(yīng)用的需求。在水凝膠中引入共價鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是提高力學(xué)性能的有效方法，但是由于共價鍵自身的不可逆性，將會很大程度的犧牲其自恢復(fù)能力。而水凝膠的自恢復(fù)性能，以及發(fā)生形變后的機(jī)械和導(dǎo)電性能的穩(wěn)定性決定了柔性電子器件的壽命和性能穩(wěn)定性，成為考量柔性電子器件的主要參數(shù)。因此，為了達(dá)到可拉伸柔性電子器件的實際要求，需要制備同時具有高強(qiáng)度、自恢復(fù)和導(dǎo)電性能的水凝膠材料。

針對上述問題，陳詠梅教授課題組首次采用將自由基聚合和凍融處理結(jié)合的方法制備了基于氫鍵的快速自恢復(fù)、導(dǎo)電、高強(qiáng)度硫酸-聚丙烯酸/聚乙烯醇水凝膠（H2SO4-PAA/PVA，SPP，水凝膠）。在該凝膠體系中，H2SO4同時發(fā)揮兩個功能：抑制聚丙烯酸高分子鏈上羧酸基的電離，從而促進(jìn)氫鍵形成，提高力學(xué)性能，同時，提供導(dǎo)電氫離子以提高水凝膠的導(dǎo)電性能。因此，水凝膠獲得了優(yōu)異的綜合機(jī)械性能，包括快速自恢復(fù) (應(yīng)變?yōu)?時，瞬間自恢復(fù)；應(yīng)變?yōu)?0時，10 min內(nèi)自恢復(fù))、高斷裂強(qiáng)度(3.1 MPa)和高韌性(18.7MJ m−3) （圖1）。

此外，基于水凝膠上述優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和導(dǎo)電性，設(shè)計了基于該水凝膠的可拉伸離子導(dǎo)線和電容型壓力傳感器。在500%變形時，該可拉伸離子導(dǎo)線的電阻率基本保持不變，所以在反復(fù)拉伸過程中仍表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性和性能穩(wěn)定性，整個拉伸期間麥克風(fēng)可正常播放音樂。基于該水凝膠的電容型壓力傳感器在反復(fù)加載后對靜壓和動壓都表現(xiàn)出良好的信號響應(yīng)。由于水凝膠快速的自恢復(fù)性，在撤去外力后，器件的響應(yīng)瞬間恢復(fù)到初始狀態(tài)（圖2）。該水凝膠對設(shè)計性能穩(wěn)定、長壽命的柔性電子器件具有推動的意義，有望拓展水凝膠在可拉伸電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。

圖1基于氫鍵的快速自恢復(fù)、高強(qiáng)度導(dǎo)電SPP水凝膠。(A)兩步法制備氫鍵基物理水凝膠，(B)水凝膠經(jīng)過打結(jié)、拉伸和自恢復(fù)及壓縮后自恢復(fù)過程的照片，(C) 不同固含量水凝膠的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線，(D) 固含量30%的水凝膠在不同時間下的自恢復(fù)曲線 (室溫)。

圖2 基于SPP水凝膠的可拉伸離子導(dǎo)線和電容型壓力傳感器。(A)水凝膠的電阻率隨拉伸強(qiáng)度的變化。插圖：電阻隨拉伸比變化的實驗結(jié)果 (實線) 接近理論曲線 (虛線)，(B) 可拉伸離子導(dǎo)線實驗裝置示意圖和安裝在與電腦連接的麥克風(fēng)導(dǎo)線上的照片，(C)壓力傳感器的結(jié)構(gòu)，片狀水凝膠夾在兩個平板鋁電極之間，(D)當(dāng)兩個電極之間施加電壓時，鋁電極附近會吸附水凝膠中帶相反電荷的電離子形成雙電層，電容會隨著壓力的施加而增大，(E) 傳感器對靜壓的穩(wěn)定、高響應(yīng)性能，(F) 傳感器對手指動態(tài)彎曲的響應(yīng)性能。

相關(guān)工作發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces （JCR1區(qū)，IF=8.456）雜志上，博士生王美香為本論文的第一作者，陜西科技大學(xué)特聘教授陳詠梅，西安交通大學(xué)楊志懋教授和美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)譚力教授為共同通訊作者。