水凝胶在柔性传感领域前景广阔，但灵敏度与力学性能之间的权衡仍是一个主要瓶颈。本文，沈阳航空航天大学王共冬 教授团队在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表题为“Biomimetic Bilayer-Structured CNF/GO-Reinforced CS–PAA Hydrogel for Flexible Strain Sensors”的论文，研究受人体皮肤启发，我们提出了一种双层水凝胶设计，其两层结构功能各异却能协同增强：上层为GO–CS导电网络，用于实现高灵敏度的应变响应；下层为CNF增强的CS–AA坚固支架，用于提供力学支撑和附着力。
通过单体渗入-活化形成的共价互渗界面，确保了无缝的载荷传递和电学协同作用，同时防止了分层。对上层进行选择性PDMS封装，进一步赋予了其环境稳定性。所得水凝胶具有高伸展性（应变521.65%）、高灵敏度（在0%–400%应变范围内GF=2.4）、快速响应（<180毫秒）和优异的耐久性（>2000个循环）。多部位人体运动测试证实了其准确的应变传感性能，凸显了其在运动监测、健康诊断和电子皮肤应用方面的潜力。
图1、d-PCGN Hydrogel Preparation and Formation Mechanism Diagram: (a) s-PCG hydrogel preparation steps. (b) s-PCN hydrogel preparation steps. (c) Formation mechanism of d-PCGN hydrogel.
图2、Schematic illustration of the integrated fabrication process of flexible strain sensors based on d-PCGN hydrogels.
在本研究中，通过界面工程化序贯聚合策略构建了一种仿生双层水凝胶（d-PCGN）。这种功能分区设计——上层为用于应变传感的导电层，下层为用于机械支撑和粘附的韧性层——使得各层能够独立优化，从而在结构上规避了灵敏度与力学性能之间的固有权衡。共价交联的互渗界面确保了无缝的载荷传递并防止分层，而选择性PDMS封装则提供了环境稳定性。该集成传感器具有高拉伸性、高灵敏度、快速响应、出色的循环耐久性，以及对多种基底的强力粘附性。除了监测关节运动外，它还能实现基于摩尔斯电码的救援信号传输。本研究表明，功能解耦的双层结构为开发高性能水凝胶柔性电子器件提供了一条可行途径，该技术在可穿戴健康监测、人机界面和软机器人领域具有潜在应用前景。
文献：https://doi.org/10.1002/adfm.77646
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