Page 27 - 《精细化工》2023年第11期

第 11 期 王林林，等: 纤维素基导电水凝胶研究进展 ·2339·

注：HE 为愈合率
图 2 PATG-B-Fe 自愈合水凝胶（a） [27] ；CNC-PANI/PVA 自愈合水凝胶（b） [28] ；CNC/rGO 自愈合水凝胶（c） [29]
Fig. 2 PATG-B-Fe self-healing hydrogel (a) [27] ; CNC-PANI/PVA self-healing hydrogel (b) [28] ; CNC/rGO self-healing
hydrogel (c) [29]

采用动态共价键和非共价键构筑的自愈功能 生物医疗和传感器等方面的应用也是十分重要的，
C-ECH 表现出许多优势，但目前自愈功能 C-ECH CHEN 等 [38] 在 AM 混合溶液中加入纤维素纳米纤维
在自愈合时间效率有待提高。利用硼酸酯键、二硫 （CNF）和碳纳米管（CNT），通过原位聚合制备
键等动态共价键自主缔合的优势，制备的自愈合 的 PAM/CNF/CNT 复合水凝胶不仅具有良好的导电
C-ECH 具有稳定的可调控性，但单一动态共价键具 性，还具有显著增强的拉伸强度，其机械强度比纯
有一定的局限性，通过多种动态共价键协同作用提 PAM 高 3 倍，在生物医学和组织工程领域，如模拟
高化学键数量可以缩短自愈合时间，提高基于自愈 皮肤和生物医学传感器具有广阔的前景。胡魁等 [39]
功能 C-ECH 电子器件的使用效率和使用寿命。同 利用纳米纤维素、MXene 纳米片层和 PVA 制备了一
时，多功能性自愈性水凝胶是当前的发展趋势，通 种具有导电性能和优异机械性能的 CNF-MXene/PV
过动态共价键提高自愈功能 C-ECH 的机械性能，可 A 复合水凝胶，其拉伸强度高达 255.9 kPa，断裂伸
以更好地满足生物组织工程材料的需求。 长率可达到 1098.2%，由此水凝胶制备的柔性传感
2.2 高机械性能 C-ECH 器在测试中表现出极高的灵敏度和应变响应性，可
随着 C-ECH 在电子产品方面的广泛应用，其力 以用来检测人体的脉搏跳动和说话时声带振动。
学性能差的问题限制了 C-ECH 的使用条件和使用 上述 C-ECH 机械性能提升主要归因于在纤维
寿命，无形中增加了对资源的消耗。因此，优异的 素基中引入高分子聚合物、纳米材料以及金属离子
机械性能对 C-ECH 的应用至关重要，尤其是作为储 等，通过共价键和非共价键的方式增加了高分子聚
能器件的 C-ECH 应具有优异的力学性能，较高的拉 合物与纤维之间的缠绕，实现了互相渗透的网络结
伸强度和弹性模量 [30-31] 。如当 C-ECH 充当电极之间 构，同时，共价键形成的化学键具有很好的化学稳
隔膜受到外部冲击和电极表面反应导致内部短路时， 定性，增加了 C-ECH 的机械性能。为了获得更加优
强而硬的水凝胶可以保持其机械完整性 [32-35] 。因此， 异机械性能的 C-ECH，可以采取以下方法：（1）
CHEN 等 [36] 利用羧甲基纤维素（CMC）和 PAA 制 将共价键与非共价键混合作用形成互穿网络结构；
3+
备了具有较高机械性能水凝胶（PAA/CMC-Fe ）， （2）通过 pH、温度和溶剂效应调控高分子的空间
其拉伸强度达 4.42 MPa，弹性模量达 0.41 MPa， 形状，使其具有更高的机械性能；（3）通过增加引
3+
而 PAA/CMC-Fe 水凝胶的优异力学性能来自羧酸 入到纤维素基中聚合物的极性和链长可以提高水凝
根与三价铁之间形成的离子配位键以及聚丙烯酸与 胶的机械强度，如引入含有芳杂环的聚合物。
纤维素链之间的紧密缠绕。2022 年，YAO 等 [37] 设 2.3 强黏附性能 C-ECH
计出一类具有优异力学性能的半互穿离子导电水凝 强黏附性能 C-ECH 通常是水凝胶与物体表面
胶（ICH），动态硼酸酯键和非共价键赋予该水凝 通过非共价键（氢键、静电作用和疏水作用等）的
胶显著的拉伸性和韧性，ICH 可承受高达 1000%的 方式黏附在物体表面 [27] 。HUANG 等 [40] 设计了一种
3+
外部拉伸，循环 15 次而不断裂，为超级电容器的设 具有黏附性的纳米复合水凝胶（Cel-Fe -PAM），该
计提供了基础材料。此外，高机械性能的 C-ECH 在 纳米复合水凝胶在各种材料上都显示出优异的附着