Page 29 - 《精细化工》2023年第11期
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第 11 期 王林林，等: 纤维素基导电水凝胶研究进展 ·2341·
C-ECH 仍存在一些问题：（1）在极端条件下仍具有 高了水凝胶的抗冻性。WANG 等 [16] 将纤维素和 PVA
良好的黏附性是面临的一个挑战；（2）反复使用仍具 溶解在 BzMe 3 NOH 水溶液中，通过化学交联直接
有高效黏附性的 C-ECH 有待开发；（3）需要进一步 制 备 了 具有防 冻性 能的纤 维素 基导电 水凝 胶
赋予强黏附性能 C-ECH 更多的性能，从而拓展强黏 （CPH）（图 4b）。BzMe 3 NOH 水溶液起到导电
附性能 C-ECH 的应用范围。 和耐冻作用，该水凝胶在–27.8~–62.1 ℃温度内保
2.4 耐冻性能 C-ECH 持 90%以上的透明度和稳定的机械性能。为了获得
大多数由亲水聚合物组成的水凝胶在零下的低 在低温条件下可以工作而又具有良好机械性能的
温环境中会被冻结而变得非常脆弱，失去原有的柔 C-ECH ， GE 等 [48] 通过 AM 原 位聚合制 备了
性和机械性能 [44-46] 。C-ECH 被冻结后会限制离子在 PAM/CNF/LiCl 水凝胶。LiCl 增加了胶体和水分子
水凝胶中的运输，从而使 C-ECH 失去导电性能，因 之间的相互作用，确保了在大气条件下的保水能力，
此，制备一种可以在广泛温度下工作的抗冻 C-ECH 并赋予水凝胶在广泛温度范围内的耐寒性（–80~
十分必要。ZHANG 等 [47] 受自然界抗冻机制的启发， 25 ℃），同时，CNF 和 PAM 之间的节点和氢键作
在不影响水凝胶导电性的前提下，将离子化合物 用保证了该水凝胶在低温环境中具有良好的力学性
（ZnCl 2 /CaCl 2 ）整合到纤维素水凝胶网络中以增强 能，测试表明，该水凝胶在–40 ℃低温下表现出优
抗冻性（图 4a），测试表明，在–60 ℃以内，水凝 异的拉伸性能（748%）和良好电导率（2.25 S/m），
胶的储能模量和损耗模量保持稳定，而加入甘油的 这为极端寒冷条件下满足柔性电子设备要求提供了
C-ECH 可以在–100 ℃以内保持稳定的状态后，提 基础（图 4c）。
注：50%代表 LiCl 的质量分数为 50%
图 4 ZnCl 2 /CaCl 2 /纤维素耐冻性导电水凝胶（a） [47] ；CPH 耐冻性导电水凝胶（b） [16] ；PAM/CNF/LiCl 耐冻性导电水
凝胶（c） [48]
Fig. 4 ZnCl 2 /CaCl 2 /cellulose freeze-resistant conductive hydrogel (a) [47] ; CPH freeze-resistant conductive hydrogel (b) [16] ;
PAM/CNF/LiCl freeze-resistant conductive hydrogel (c) [48]
基于具有防冻性能的纤维素基导电水凝胶的传 可穿戴传感器和储能器件的设计提供了基础。但对于
感器在低温内对拉伸应变、压缩压力和温度表现出 长期在极端环境中工作的 C-ECH 来说，能保证在低温
稳定的灵敏度，具有快速响应时间和无明显滞后现 极端环境中具有导电性的同时，还具有优异的柔性、
象，为低温工作的电子设备提供了一种新的材料 [49] 。 机械性能和长期工作等性能将是一个新的挑战。
引入无机盐和强碱可以使水凝胶获得耐冻性，水凝
3 纤维素基导电水凝胶的应用
胶中的阴阳离子与游离的水相结合阻止了水的结
晶。优良耐冻性能 C-ECH 可以在极端环境中工作，为 纤维素基导电水凝胶因其优异的导电性、强自
