西安工大周宏伟课题组AFM：渔网启发多尺度离子导电有机-水凝胶及柔性器件

水凝胶材料具有独特的软、湿性质，在医用敷料、药物释放、柔性器件、人工皮肤等方面具有广泛的应用前景。但是对于用于柔性电子器件的水凝胶材料，如何实现水凝胶优异的力学性能并兼顾电化学性能仍然面临挑战。

近日，受渔网几何变形性和力学强韧性的启发，西安工业大学周宏伟课题组将聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶、Zn2+和甘油-水二元溶剂引入由聚丙烯酸(PAA)和聚乙烯醇 (PVA)组成的交联电纺纤维膜中，制备了多尺度高性能有机-水凝胶（PAA-PVA/PAM/Zn2+）。由于其独特的结构，PAA-PVA/PAM/Zn2+有机-水凝胶表现出优异的拉伸强度（9.45 MPa）、伸长率、抗疲劳性能、类皮肤力学行为和离子导电性。这种有机-水凝胶可作为柔性力学传感器中的力学-电信号转换材料和锌离子混合超级电容器中的电解质，赋予柔性电子器件在宽温度范围和恶劣的机械条件下正常工作的能力。这种多尺度的设计策略不仅为改善凝胶材料的力学性能提供了新思路，而且为水凝胶基柔性电子器件研究提供了候选的基础材料。

该工作以“Fishing Net-Inspired Mutiscale Ionic Organohydrogels with OutstandingMechanical Robustness for Flexible Electronic Devices”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者是西安工业大学硕士研究生郑博辉。该研究得到了国家自然科学基金（No. 51603164），陕西省青年科技新星项目（No. 2021KJXX-42）、陕西省教育厅重点科学研究计划项目（No. 20JS062）和陕西省普通高校青年杰出人才计划的支持。

图1. PAA-PVA/PAM/Zn2+有机-水凝胶的多尺度构筑思路及微观形貌。

图2. PAA-PVA/PAM/Zn2+有机-水凝胶的力学性能。

图3. 基于PAA-PVA/PAM/Zn2+有机-水凝胶电解质的锌离子混合超级电容器。

该工作是该课题组关于水凝胶研究的最新进展。在过去的工作中，周宏伟课题组围绕导电凝胶材料网络结构调控及其用于凝胶电子器件中的性能开展了系列基础研究（Advanced Functional Materials, 2022, 32，2108423；Chemical Engineering Journal, 2021, 413, 127544; Chemical Engineering Journal, 2022, 446, 137163；Journal of Colloid and Interface Science, 2022, 607, 431；Chemical Engineering Journal, 2021, 403, 126307；ACS Applied Materials & Interfaces 2021, 13, 1441；ACS Applied Materials & Interfaces 2019, 11, 26412; ACS Applied Materials & Interfaces 2018, 10, 14045），为高性能水凝胶的研究及其在柔性传感器和储能器件中的应用提供了新思路。水凝胶材料具有独特的软、湿性质，在医用敷料、药物释放、柔性器件、人工皮肤等方面具有广泛的应用前景。但是对于用于柔性电子器件的水凝胶材料，如何实现水凝胶优异的力学性能并兼顾电化学性能仍然面临挑战。

近日，受渔网几何变形性和力学强韧性的启发，西安工业大学周宏伟课题组将聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶、Zn2+和甘油-水二元溶剂引入由聚丙烯酸(PAA)和聚乙烯醇 (PVA)组成的交联电纺纤维膜中，制备了多尺度高性能有机-水凝胶（PAA-PVA/PAM/Zn2+）。由于其独特的结构，PAA-PVA/PAM/Zn2+有机-水凝胶表现出优异的拉伸强度（9.45 MPa）、伸长率、抗疲劳性能、类皮肤力学行为和离子导电性。这种有机-水凝胶可作为柔性力学传感器中的力学-电信号转换材料和锌离子混合超级电容器中的电解质，赋予柔性电子器件在宽温度范围和恶劣的机械条件下正常工作的能力。这种多尺度的设计策略不仅为改善凝胶材料的力学性能提供了新思路，而且为水凝胶基柔性电子器件研究提供了候选的基础材料。

该工作以“Fishing Net-Inspired Mutiscale Ionic Organohydrogels with OutstandingMechanical Robustness for Flexible Electronic Devices”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者是西安工业大学硕士研究生郑博辉。该研究得到了国家自然科学基金（No. 51603164），陕西省青年科技新星项目（No. 2021KJXX-42）、陕西省教育厅重点科学研究计划项目（No. 20JS062）和陕西省普通高校青年杰出人才计划的支持。

图1. PAA-PVA/PAM/Zn2+有机-水凝胶的多尺度构筑思路及微观形貌。

图2. PAA-PVA/PAM/Zn2+有机-水凝胶的力学性能。

图3. 基于PAA-PVA/PAM/Zn2+有机-水凝胶电解质的锌离子混合超级电容器。

该工作是该课题组关于水凝胶研究的最新进展。在过去的工作中，周宏伟课题组围绕导电凝胶材料网络结构调控及其用于凝胶电子器件中的性能开展了系列基础研究（Advanced Functional Materials, 2022, 32，2108423；Chemical Engineering Journal, 2021, 413, 127544; Chemical Engineering Journal, 2022, 446, 137163；Journal of Colloid and Interface Science, 2022, 607, 431；Chemical Engineering Journal, 2021, 403, 126307；ACS Applied Materials & Interfaces 2021, 13, 1441；ACS Applied Materials & Interfaces 2019, 11, 26412; ACS Applied Materials & Interfaces 2018, 10, 14045），为高性能水凝胶的研究及其在柔性传感器和储能器件中的应用提供了新思路。

封面来源于图虫创意