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為了應對這一挑戰，來自新加坡國立大學的學者提出了一種簡單而通用的策略，通過冷凍澆注輔助溶液置換(FASS)來制備超韌性導電有機水凝膠。這種FASS策略使有機水凝膠能夠一步形成，具有精致的各向異性分層結構，以及跨多個長度尺度的協同增強和增韌等。作為一種典型材料，溶劑含量高達87wt%的聚乙烯醇有機水凝膠具有高強度(6.5MPa)、高伸長率(應變1710%)、超高韌性(58.9 mJ m−3)和高離子電導率(高達6.5 S m−1)和良好的應變敏感性。PVA有機水凝膠具有優異的機械性能和導電性，是一種很有前途的柔性電子材料。此外，FASS策略還可以賦予水凝膠多種功能，包括熱愈合、耐凍性和形狀恢復，并可應用于各種水凝膠材料，如羧甲基纖維素、海藻酸鈉和殼聚糖。因此，這項工作為制備先進的強韌導電軟材料提供了一種全面的解決方案，適用于多種應用。相關文章以“Strong and Tough Conductive Organo-Hydrogels via Freeze-Casting Assisted Solution Substitution”標題發表在Advanced Functional Materials。

圖 1.A）PVA有機水凝膠（FC-EtFe）冷凍鑄造輔助溶液替代（FASS）策略示意圖。B）FC-EtFe沿A）水平和B）垂直方向的微觀橫截面的示意圖和SEM圖像。C）非常靈活，堅固和堅韌的有機水凝膠的光學圖像，可以壓縮，折疊，打結，并用于將20公斤的水桶裝成一小塊。

圖 2.A）一次凍融水凝膠（FC-1T），B）五次重復凍融水凝膠（FC-5T），C）乙醇取代的有機水凝膠（FC-Et）和D）乙醇氯化鐵溶液取代的有機水凝膠（FC-EtFe）的微觀形態，包括i，ii）冷凍干燥水凝膠的SEM圖像和iii）濕水凝膠的共聚焦圖像。E）X射線衍射（XRD）圖譜，F）差示掃描量熱（DSC）曲線和G）計算水凝膠的結晶度值。

圖 3.水凝膠的機械性能。A）水凝膠的拉伸應力-應變曲線（水凝膠從垂直方向拉伸，其中FC-EtFe有機水凝膠在垂直和水平方向上進行測試）。B）總結水凝膠的楊氏模量、拉伸強度、均勻應變和斷裂能。C）缺口和未缺口水凝膠的剪切應力-應變曲線（缺口樣品的均勻應變用符號“▼”標記）。D） 單缺口樣品的插圖和單缺口 FC-EtFe 樣品被拉伸的照片。E）計算水凝膠的韌性。F） 分別在第1、10 800和64 800次拉伸處進行循環拉伸試驗的照片。

圖 4.FC-EtFe有機水凝膠的多功能特性.A）FC-EtFe有機水凝膠在拉伸，切斷和熱愈合時分別連接在電路中的照片。相對電阻變化 （ΔR/R0） 與沿 B） 水平和 C） 垂直方向的拉伸應變的關系。D）FC-EtFe在重復應變載荷下的相對電阻變化，通過I）拉伸，II）壓縮，III）扭曲，以及IV，V）手指彎曲和VI）拳頭扣合的重復人體運動的測量。

圖 5.本研究中FC-EtFe PVA有機水凝膠與其他韌性導電（有機）水凝膠的比較圖為A）強度與應變。B）韌性與強度。C）韌性與應變。D）電導率與韌性。

本文報道了一種冷凍鑄造輔助溶液置換(FASS)的綜合策略，用于層次化結構的強韌導電有機水凝膠。FASS策略同時賦予了有機水凝膠優異的力學性能和一步多功能化。與常規凍融PVA水凝膠相比，FC-ETFE有機水凝膠的彈性模量、強度、延展性、抗疲勞性均有顯著提高，尤其是韌性提高了423倍以上。此外，有機水凝膠還結合了多種功能，包括高應變敏感性、可調導電性、熱治性、耐凍性和形狀可恢復性。這種超強、超韌的導電有機水凝膠作為柔性電子產品的關鍵工程材料前景看好，能夠在極端條件下使用。此外，FASS策略還可以進一步應用于其他材料系統，導致在組織工程、能量存儲和環境科學等領域的應用中具有強大而堅韌的機械性能和可調的多功能。