Page 107 - 《精细化工》2023年第11期

第 11 期 焦晓岚，等: 可拉伸明胶基导电水凝胶的制备及传感应用 ·2419·

并重复保持在 33%左右。说明 Gel-10/GR-0.8 水凝胶 的灵敏度、精确度及耐用性，在健康监测、人体运
能够准确地监测人体手部运动情况，并且能够输出 动检测、感官皮肤等智能可穿戴设备领域具有巨大
规则和可重复的电信号，及时反映出运动状态的变 的应用潜力。
化。 为了验证 Gel/GR 导电水凝胶在低温下能否实
时感知手部运动，将 Gel-10/GR-0.8 水凝胶在–20 ℃
环境下放置 12 h 后固定在手指上测试传感性能。图
14 是–20 ℃下 Gel-10/GR-0.8 水凝胶监测手指不同
角度弯曲的相对电阻变化。从图 14 中相对电阻的变
化可以清晰分辨出手指弯曲的不同角度，说明
Gel/GR 导电水凝胶在低温下也能较好地实现运动
监测。

图 14 –20 ℃下 Gel/GR 导电水凝胶监测手指不同角度
弯曲的相对电阻变化
Fig. 14 Relative resistance change of fingers bent at different
图 12 Gel-10/GR-0.8 水凝胶作为传感器监测食指弯曲 angles monitored by Gel/GR conducting hydrogel
（插图为手指伸直-弯曲 45°和 90°）（a）和手腕 at –20 ℃
弯曲（插图为手腕伸直-弯曲）（b）
Fig. 12 Gel-10/GR-0.8 hydrogel as a sensor to monitor 3 结论
index finger flexure (illustration for finger
straightening-flexure 45° and 90°) (a); Wrist bend 以 Gel 为基体材料，GR 为导电组分制备了具有
(illustration for wrist straight-bend) (b)
良好黏附性能、可拉伸的 Gel/GR 导电水凝胶。
图 13 是手指 50 次循环快速弯曲 90°-伸直过程 Gel-10/GR-0.8 导电水凝胶拉伸强度 达到 114.63
的相对电阻变化。 kPa，是纯 Gel 的 1.37 倍；断裂伸长率达到 157.85%，
–3
是纯 Gel 的 1.23 倍；电导率达到 6.68×10 S/m，比
纯 Gel 提高了 2500 倍。由于二元溶剂中甘油小分子
的作用，Gel/GR 导电水凝胶具有良好的抗冻保湿
性。Gel/GR 导电水凝胶能感应不同肢体活动，并输
出稳定电信号变化，在传感器、智能机器人、人造
电子皮肤等方面具有潜在的应用价值。
参考文献：

[1] NGUYEN N T, JENNINGS J, MILANI A H, et al. Highly
stretchable conductive covalent coacervate gels for electronic skin[J].
Biomacromolecules, 2022, 23(3): 1423-1432.
图 13 手指重复快速弯曲 90°-伸直的相对电阻变化 [2] GOU S Q, XIE D C, MA Y, et al. Injectable, thixotropic, and
Fig. 13 Relative resistance change of fingers with repeated multiresponsive silk fibroin hydrogel for localized and synergistic
quick 90° bending-extension tumor therapy[J]. ACS Biomaterials Science & Engineering, 2019,
6(2): 1052-1063.
图 13 显示，手指做快速重复弯曲 90°的动作时， [3] VALENTE J, GODDE T, ZHANG Y, et al. Light-emitting GaAs
nanowires on a flexible substrate[J]. Nano Letters, 2018, 18(7):
水凝胶的相应电阻变化表现出可重复性，具有出色 4206-4213. .