Page 28 - 《精细化工》2023年第11期

·2340· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

力（图 3a）。结果表明，纳米复合水凝胶具有优异 仍可达到初始的 25%~45%，通过水凝胶在不同 pH
的拉伸能力（拉伸率为 2795%，拉伸应力为 128.6 范围内测试结果发现，随着溶液 pH 的增加，水下
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kPa），在玻璃基质上的黏附性能最好（44.7 kJ/m ）。 黏附强度略有增加。此外，由于人类皮肤随关节、
这归因于纳米复合水凝胶具有丰富的极性官能团 肢体和肌肉运动的变化而伸展，具有黏附性能的 C-
（—C==O、—OH 和—NH 2 ），使纳米复合水凝胶 ECH 对于传感器检测运动和生理上的细微信号非常
能够在氢键、金属配位和静电作用下黏附在玻璃表 重要。SHAN 等 [43] 通过聚[N-三(羟甲基)甲基]丙烯酰
面。值得注意的是，传统的黏附性水凝胶表现出强 胺-丙烯酰胺〔P(THAM/AM)〕、亚甲基双丙烯酰胺
亲水性，导致水凝胶网络在水环境中的不稳定性、 （MBA）与 CNF 进行物理交联制备了具有强黏附
黏附能力差 [41] 。为解决这一问题，WEI 等 [42] 采用聚 性能 P(THAM/AM)/CNF（图 3c），与化学交联剂(N,
甲基丙烯酸 N,N-二甲基氨基乙酯（PDMAEMA）和 N-亚甲基双丙烯酰胺)相比，CNF 与 P(THAM/AM)
HPMC 为原料，通过物理交联的方式得到的 HPMC/ 链上具有更多的羟基和胺基，可以与物体表面形成
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SiW-PDMAEMA/Fe 水凝胶不仅在空气中，而且在 氢键而表现出黏附性，由这种强黏附性能 C-ECH
水中可以很容易黏附不锈钢、橡胶、木材、聚四氟 设计的应变传感器可以很好地附着在人体皮肤
乙烯（PTFE）、玻璃和聚丙烯（PP）等材料（图 3 上，能够将人体细微的运动转化为相对阻力的变
b），测试发现，水凝胶在水下黏附强度足以提起 1 化，在可穿戴电子设备中检测人体运动具有很好
40 g 不锈钢盖，浸泡 18 h 后，对基材的黏附强度 的应用前景。

注：s、p、d 分别代表原子的 s、p、d 轨道
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图 3 Cel-Fe -PAM 黏附性导电水凝胶（a） [40] ；HPMC/SiW-PDMAEMA/Fe 黏附性导电水凝胶（b） [42] ；P(THAM/AM)/
CNF 黏附性导电水凝胶（c） [43]
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Fig. 3 Cel-Fe -PAM adhesive and conductive hydrogel (a) [40] ; HPMC/SiW-PDMAEMA/Fe adhesive and conductive
hydrogel (b) [42] ; P(THAM/AM)/CNF adhesive and conductive hydrogel (c) [43]

近年来，研究表明，强黏附性能 C-ECH 的网络 非共价物理相互作用，产生附着力。此外，采用多
结构中疏水区可以抵抗溶剂的干扰，保证了在水中 氢键的聚合物，可以在整体上形成更多可逆的氢键，
水凝胶与基材之间稳定的物理作用，从而不会破坏 并在水凝胶中提供能量耗散，提高 C-ECH 的黏附
黏附力。网络结构中的亲水性赋予了水凝胶链段一 性，实现在可穿戴传感器和生物医疗材料的实际应用。
定程度的流动性，使其能够与底物形成多种可逆的 虽然黏附性具有很好的应用前景，但目前强黏附性能