可穿戴傳感器可以通過(guò)非侵入的方式捕捉人體的各種(zhǒng)信号并轉化爲可識别的電信号，從而達到實時監測的目的，在健康管理等領域展現出了重要價值。相比于傳統的剛性可穿戴傳感器，由導電凝膠等軟材料構建的皮膚式可穿戴傳感器能(néng)與動态皮膚形成(chéng)緊密的共型結構，提高傳感器的傳感準确性和穩定性，甚至實現對(duì)人體運動狀态的實時感知。盡管基于導電凝膠的可穿戴傳感器研究已經(jīng)取得巨大進(jìn)展，并廣泛應用于動作監測、健康管理、表情和聲音識别、人機交互等諸多領域，但由于導電凝膠在水環境中存在吸水溶脹、導電組分流失、粘附性能(néng)衰退等問題，限制了其在水下探索等領域的應用與發(fā)展。近年來，通過(guò)對(duì)導電凝膠進(jìn)行耐水性能(néng)的設計，研究人員實現了導電凝膠基可穿戴傳感器的水下傳感領域的應用，促進(jìn)了該領域的研究快速發(fā)展

　　近日，中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所智能(néng)高分子材料團隊陳濤研究員、肖鵬副研究員和魏俊傑博士基于在耐水導電高分子凝膠的構築及其水下傳感方面(miàn)的研究基礎，在Advanced Materials上發(fā)表題爲“Water-Resistant Conductive Gels Toward Underwater Wearable Sensing”的綜述文章（Adv. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adma.202211758）。

　　在該綜述中，作者首先對(duì)提高導電凝膠耐水性的方法進(jìn)行了總結，歸納提出了封裝設計、疏水網絡結構和多重交聯作用這(zhè)三種(zhǒng)耐水設計策略，并詳細讨論了各種(zhǒng)策略的耐水原理、具體設計方法以及存在的優缺點，從而爲未來的耐水導電凝膠設計提供指導。随後(hòu)對(duì)用于水下傳感領域的耐水導電凝膠的多功能(néng)性質進(jìn)行了介紹。除了水下穩定性之外，探讨了耐水導電凝膠的拉伸性質、水下粘附性質、水下自修複性質、可回收性質和3D打印性等性質對(duì)導電凝膠基水下可穿戴傳感器的傳感性能(néng)和制造加工工藝的影響，并重點讨論了這(zhè)些性質的優化改善方法。此外，對(duì)現有耐水導電凝膠在水下傳感領域的具體應用方向(xiàng)進(jìn)行了彙總，著(zhe)重總結了耐水導電凝膠在水下運動感知、水下健康監測、水下通訊、水環境分析幾個方向(xiàng)的研究進(jìn)展，并分析了耐水導電凝膠在這(zhè)些應用中存在的不足，爲未來的水下傳感研究指明了方向(xiàng)。

　　盡管導電凝膠的耐水設計和傳下傳感研究已經(jīng)取得了一定的成(chéng)果，但該領域的發(fā)展尚處于起(qǐ)步階段，仍然存在一些問題和挑戰亟需解決。導電凝膠在水環境中的傳感性能(néng)與陸上性能(néng)有著(zhe)明顯差異，相關的水下傳感機制和傳感模型有待進(jìn)一步闡明；耐水導電凝膠的水下穩定性和水下傳感性能(néng)測試還(hái)沒(méi)有标準的方法，亟需建立統一的檢測方法進(jìn)行有效對(duì)比和評估；在耐水導電凝膠和水下可穿戴傳感器的多功能(néng)設計上需要進(jìn)一步努力，例如實現基于變色功能(néng)的可視化感知、基于自清潔功能(néng)的抗污能(néng)力和基于生物可降解的環境友好(hǎo)等。爲了滿足耐水導電凝膠基水下可穿戴傳感器的實際應用需求，需要進(jìn)一步發(fā)展與水下可穿戴傳感器匹配的無線傳輸技術和自供能(néng)技術；如何實現多感知功能(néng)和多技術模塊在水下凝膠傳感系統中的一體化集成(chéng)，尤其是如何實現“軟”凝膠材料與“硬”電子元件的穩定界面(miàn)結合依然是該領域需要面(miàn)臨的一個重要挑戰。

　　該論文得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（51773215）、中國(guó)博士後(hòu)科學(xué)基金（2021M690157、2022T150668）、甯波市自然科學(xué)基金（2121J206）、國(guó)家重點研發(fā)計劃項目（2022YFC2805204、2022YFC2805202）等項目的支持。

耐水導電凝膠的設計策略與水下傳感應用

　　（中科院海洋新材料與應用技術重點實驗室 魏俊傑）