最近，武漢大學(xué)王洋（第一作者）、呂昂副教授和張俐娜院士成功制備出一種抗凍的離子導(dǎo)電纖維素水凝膠，可用作拉伸、壓縮及溫度傳感器。不同于傳統(tǒng)水凝膠，其抗凍特性使得其在零下溫度仍然可以良好工作。

本工作指出，纖維素水凝膠具有抗凍和導(dǎo)電性能的關(guān)鍵在于芐基三甲基氫氧化銨，這種有機堿的水溶液是該團隊開發(fā)出的新型纖維素溶劑體系中的一種。在對纖維素溶液進行化學(xué)交聯(lián)后，作為溶劑的有機堿沒有如傳統(tǒng)制備流程那樣被洗去，而是直接保留了下來，其作為電解質(zhì)的特性賦予了纖維素水凝膠整體以抗凍和導(dǎo)電的性能。

▲圖a與圖b分別為洗去溶劑的傳統(tǒng)纖維素水凝膠與抗凍纖維素水凝膠在低溫下的表現(xiàn)，圖c則將兩者放在一起比對其低溫下壓縮回復(fù)性（左為抗凍纖維素水凝膠，右為傳統(tǒng)纖維素水凝膠）

研究者在-24 ℃的低溫下將抗凍導(dǎo)電水凝膠固定于手指關(guān)節(jié)，無論以同一幅度手指快速屈伸或是以不同幅度緩慢屈伸，導(dǎo)電水凝膠的電阻相對變化值均能隨著手指動作示出相應(yīng)的幅度的變化，并且?guī)缀鯔z測不到噪音或滯后現(xiàn)象，水凝膠也沒有因拉伸而發(fā)生永久形變，表明了導(dǎo)電水凝膠在低溫下具有穩(wěn)定的力學(xué)性能和靈敏的拉伸-電阻響應(yīng)性能。

▲圖a為抗凍水凝膠在低溫下的導(dǎo)電性，圖b和圖c均為抗凍水凝膠作為拉伸傳感器在低溫下模擬手指彎曲動作的響應(yīng)信號

不僅如此，研究者還將介電彈性體置于導(dǎo)電水凝膠之間可制成“雙響應(yīng)”傳感器，具有電容-壓敏和電阻-溫敏的雙重傳感性能，進一步實驗證明了這兩種響應(yīng)方式不會相互干擾。表明這種基于抗凍導(dǎo)電水凝膠的傳感器具有穩(wěn)定的機械和熱靈敏度，具有快速可靠、穩(wěn)定可逆的響應(yīng)性能和適用于低溫使用的特性，可用于復(fù)雜溫度環(huán)境下的軟性人工智能器件。

▲圖a為“雙響應(yīng)”傳感器的結(jié)構(gòu)，圖d為其電容-壓縮響應(yīng)原理，圖b和圖c均為電容-壓縮響應(yīng)信號，圖g為其電阻-溫度響應(yīng)原理，圖e為電阻-溫度響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)曲線，圖f為其在循環(huán)變溫下的響應(yīng)信號

研究報告發(fā)表于《ACS Applied Materials & Interfaces》。