柔性可穿戴电子设备在智能传感器、柔性机器和表皮电子学等领域具有广泛应用前景,导电水凝胶具有优异的机械性能、高离子导电性、良好的生物相容性以及与软组织的相似性程度高,被认为是一种很有前景的候选材料。皮肤运动过程常伴随复杂的多维度形变,如拉伸、起皱和弯曲,这对水凝胶传感器的强度和韧性提出了较高要求。精准感知这些形变是实现运动监测和健康管理的关键。因此,同时实现高拉伸强度和高韧性对于提升导电水凝胶的实际应用价值至关重要。然而,导电水凝胶往往难以同时具备高拉伸强度和高韧性,这一矛盾严重限制了其循环稳定性和机械耐用性的提升。
近日,70net永乐高能源催化材料团队在可穿戴手势识别研究中取得进展。该团队模仿蜘蛛丝的软硬多相结构,在硬相氢键有机框架(HOF-F)孔道中进行低共熔溶剂聚合(PDES)制备了软硬多相导电水凝胶(HOF-F/PDES)。硬相HOF-F上的氟基团与软相PDES之间产生多重非共价作用,促进了水凝胶的能量耗散和离子传输,从而使其强度、韧性和导电性显著优于不含氟基团的HOF水凝胶。当HOF-F/PDES用作应变传感器时,表现出快速的响应时间、高的灵敏度以及长循环稳定性,同时HOF-F/PDES传感器能够监测人体活动,并与可穿戴手套结合,识别和转换手势。
这项工作不仅为设计用于可穿戴手势到识别转换设备的坚韧且导电的水凝胶提供了新的见解,而且还为基于HOFs水凝胶的下一代智能电子设备的发展提供了新方案。
相关成果以“Energy Dissipation Mediated by Multiple Noncovalent Interactions in Hydrogen-Bonded Organic Frameworks-Based Hydrogels for Wearable Gesture-to-Recognition Translation”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上(Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202514750.),王瑞虎研究员和王丹博士为论文通讯作者,硕士生刘国辉为论文第一作者。
全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202514750