Page 23 - 《精细化工》2021年第6期

第 6 期 王思恒，等: 抗冻水凝胶的制备及其在柔性电子领域的应用 ·1085·

最近，LIU 等 [45] 研究发现，AFPs 的冰结合面能促进 基于 AFPs 作用机理的研究，科研学者利用 AFPs 设
冰的成核，而非冰结合面能抑制冰的成核。因此， 计制备了具有抗冻防冻性能的水凝胶。

图 4 引入乙二醇制备 PVA 抗冻水凝胶（a） [38] ；将水凝胶浸泡在乙二醇、甘油和山梨醇中制备抗冻水凝胶（b） [36] ；
在 DMSO/水溶剂体系中制备抗冻水凝胶（c） [41]
Fig. 4 Preparation of PVA anti-freezing hydrogels by introducing glycol (a) [38] ; Preparation of anti-freezing hydrogels by
soaking hydrogels in glycol, glycerol and sorbitol (b) [36] ; Preparation of anti-freezing hydrogels in DMSO/aqueous
solvent system (c) [41]

SUI 等 [46] 首先合成海藻酸钙/聚丙烯酰胺水凝 –10 ℃仍然展现出优异的柔韧性和黏附性，其断裂
胶，然后将水凝胶分别浸泡在 NH 4Cl/脯氨酸和 NH 4Cl/ 应变达到 1350%以上，且表现出良好的导电性和传
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甜菜碱溶液中，脯氨酸或甜菜碱赋予水凝胶抗冻性 感能力，其离子电导率大于 1×10 S/cm。将水凝胶作
能，NH 4 Cl 不仅提高水凝胶的离子电导率，而且能 为电解质设计为应变传感器，在应变范围为 0~1000%
降低凝胶中水的冰点（图 5a）。研究发现，2 种水凝 均具有较高的敏感度，在应变范围为 0~100%的应变
胶在–40~25 ℃下均具有稳定的机械性能，而且在 系数为 1.58，应变范围为 100%~500%的应变系数为
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–40 ℃的离子电导率分别为 2.02×10 和 2.72×10 S/cm。 4.82，应变范围为 500%~900%的应变系数为 8.99。
而未添加脯氨酸或甜菜碱的水凝胶出现冻结而失去 相较于 ILs 或有机溶剂等低温防护剂，AFPs 具
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其透明度（图 5b），并且离子电导率低至 1.8×10 S/cm。 有更好的生物相容性、生物无毒性和环境友好性，利
并且以甜菜碱改性抗冻水凝胶组装的柔性传感器在 用 AFPs 构建设计抗冻水凝胶具有天然的优势。然
–40 ℃下具有较好的电化学循环稳定性，可以用作 而，AFPs 在水中溶解度有限，而且低温条件下高
软体机器人。最近，XU 等 [47] 将来自鱼类的 AFPs 浓度的 AFPs 会降低水凝胶的离子电导率，极大地
引入到丙烯酰胺（AAm）和 2-丙烯酰胺-2-甲基-1- 限制了其在抗冻性导电水凝胶中的应用。除此之
丙磺酸（ AMPS ）溶 液 中，经自 由 基聚合得 到 外，低成本和高活性的 AFPs 仍然是一个重大的技
P(AAm/AMPS)-AFPs 水凝胶。合成 的水凝胶在 术难题。