近年来，目睹了基于聚合物水凝胶的传感器的快速发展。然而，传统的水凝胶通常表现出较差的机械性能。此外，由于水凝胶基质中的水分子冻结，这些传感器在 < 0 oC 的温度下的使用受到限制。在这项研究中，氧化石墨烯/聚（丙烯酰胺-共-N-（3-氨基丙基）甲基丙烯酰胺）[聚（AAm-co-APMA）/GO]水凝胶通过紫外光引发聚合合成。随后，通过甘油置换获得了聚（AAm-co-APMA）/GO-Gly（PAAG-Gly）有机水凝胶。GO 和甘油与聚合物链有多种相互作用，这使物理交联的有机水凝胶具有高达 782.9 ± 38.6 kPa 的高断裂应力。此外，甘油分子与水分子形成氢键，从而抑制冰晶的形成。在 -20 oC 下储存 24 小时后，PAAG-Gly 有机水凝胶保持了优异的机械性能、粘附强度、导电性。一旦接触到有机水凝胶的切割表面，导电路径就会迅速自愈。此外，PAAG-Gly 有机水凝胶表现出优异的细胞相容性。在 100% 应变下，基于有机水凝胶的传感器的应变系数达到 4.22。基于有机水凝胶的传感器显示出监测人体运动的能力，例如手指、手腕和膝盖的运动。
图 1. PAAG-Gly 有机水凝胶的合成和相互作用示意图。
图 2. (a) PAAG-Gly 有机水凝胶和 (b) PAAG 水凝胶在 –20 oC 的外部应变下的数字图像。(c) DSC 曲线，以及 (d) 应变和 (e) 凝胶的应力行为。
图 3. (a) 数字图像展示了 PAAG-Gly 有机水凝胶与各种基材的粘附能力。(b) PAAG-Gly 有机水凝胶在各种基材上的粘附强度。(c) 数字图像显示 PAAG-Gly 有机水凝胶对皮肤的粘附能力。
图 4. PAAG-Gly 有机水凝胶的细胞活力。
图 5. (a) KCl 和 (b) 在 –20 oC 处理对 PAAG-Gly 有机水凝胶电导率的影响。(c) ΔR/R0-应变曲线，(d) 100% 到 300% 范围内循环应变下 ΔR/R0 的变化，以及 (e) 循环应变 (100%) 下 ΔR/R0 的变化。
图 6. PAAG-Gly 有机水凝胶的自愈特性。
图 7. 响应（a、b）手指、（c、d）手腕、（e）面部和（f）腿部运动的数字图像和基于有机水凝胶的传感器的 ΔR/R0 变化。b 和 d 中的有机水凝胶在 -20 oC 下储存 24 小时后使用。在e中，当志愿者说你好（你好，意思是你好）时，观察到ΔR/R0变化。
相关论文以题为Graphene Oxide-Based Composite Organohydrogels with High Strength and Low Temperature Resistance for Strain Sensors发表在《Soft Matter》上。通讯作者是苏州大学胡亮特聘副教授。
参考文献：doi.org/10.1039/D1SM01655E
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