Page 46 - 《精细化工》2023年第12期
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·2588·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

            子器件的理想候选者，如可植入生物电子产品、可                             进展，在软骨组织支架、敏捷电子传感器和软机器
                                                      [5]
            穿戴柔性设备、人造电子皮肤和柔性传感器等 。                             人等技术中具有潜在的应用前景               [16] ，但多功能和机
                 凭借自愈合凝胶的优异特性，各种柔性电子器                          械强度/韧性的缺乏使这种凝胶在性能上仍与传统
                                                       [6]
            件受到了前所未有的关注，尤其是柔性传感器 ，                             的凝胶相似。对此，具有良好机械性能的自愈合凝
                                         [8]
                       [7]
                                                     [9]
            如人机界面 、植入式生理跟踪 、健康监测 等领                            胶来修复器件的损伤是当前的面临的挑战                   [17] 。近年
            域。传感器以其柔软、可弯曲拉伸和优异的电学性                             来，自愈合凝胶在自愈机制和应用方面的研究进展
            能等优点有望集成于柔性可穿戴设备，比如 Vufine+                        良好  [18-19] ，为了使自愈合凝胶的应用领域更加广阔，
            谷歌眼镜，Apple Watch  Ultra 智能手表和微软的                   通常需将多种功能整合于一体，以满足生活需求，
            HoloLens2 VR 眼镜等产品将可穿戴柔性电子设备                       如将具有导电性的有机或无机化合物引入到自愈合
            的发展推向了一个新高度            [10] 。机械寿命是柔性传感             凝胶中，或将导电聚合物在凝胶网络中的原位聚合
            器使用的关键，与传统的刚性材料相比，柔性传感                             形成导电自愈合凝胶         [20] ；将具有光敏功能性的结构
            器拥有的良好拉伸强度、柔韧性和高灵敏度是远远                             片段引入以形成光敏自愈合凝胶               [21] ；添加具有防冻
            不够的    [11] ，多次的使用可能造成破裂、失水以及严                     性能的溶液以降低凝固点形成抗冻自愈合凝胶                     [22] 。
            重老化等问题，限制其应用推广，因此需要具备较                             CHANG 等   [23] 证实，这些特性可以很好地与其他自
            好的愈合能力       [12] 。拥有可调控的结构、力学性能和                  愈合材料结合在一起，以适应柔性传感器的发展。
            流变特性     [13] 的自愈合凝胶可应用领域从软组织到生                    DU 等  [24] 受人类皮肤在受到损伤后能够自发愈合这
            物工程    [14] ，自愈合凝胶的应用不仅延长了柔性传感                     一现象启发，将自愈合凝胶用于可穿戴柔性设备中。
            器的使用寿命，降低了修复成本，而且提高了经济                             尽管自愈合凝胶领域已经取得进展，但仍有一些具
            效益，满足了传感器的需求             [15] ，因此，设计高效、            有挑战性的问题有待解决，这类材料可以通过多种
            及时的自愈合柔性传感器具有重要意义。                                 交联机制的结合或开发新的交联策略来实现                      [25] 。
                 本文讨论了自愈合凝胶的种类、成胶机制和性                              近年来，根据凝胶形成的基本原理，通过相互
            能特点，总结了自愈合凝胶在柔性传感器中力学、                             作用设计了一系列具有良好自愈能力的凝胶。自愈
            光电和生物方面的研究进展，并对其未来发展前景                             合凝胶广泛应用于多个领域，因此单一性能的凝胶
            进行了简要展望。                                           已不能满足社会需求，从而设计了具有多响应、多
                                                               性能的复合凝胶，使其分类方式也多种多样。按照
            1   自愈合凝胶概述及分类
                                                               凝胶网络结构的动态构建、功能性、愈合方式、胶
                 迄今为止，自愈合凝胶的开发已取得了较大的                          凝剂相对分子质量等进行分类，如表 1 所示。

                                                  表 1   自愈合凝胶的分类
                                            Table 1    Classification of self-healing gels

              分类角度           分类                愈合机理或形成条件                           优缺点                参考文献
             交联方式       物理型自愈合凝胶       利用物理相互作用的非永久性形成凝胶的 机械性能较差，但制备过程相对简单，                             [23]
                                       自愈合                             自愈合性能优异
                        化学型自愈合凝胶       通过动态共价键的可逆性达到凝胶的自愈合             结构稳定、力学性能出色，但交联过程                [24]
                                                                       较为繁琐和困难
                        双重交联型自愈合 结合了共价键的稳定性和非共价键的可逆 兼具优异的力学性能和自愈合性能，但                                   [25]
                        凝胶             性，可以快速断裂和重组达到凝胶自愈合              制备工艺复杂
             功能性类型      导电自愈合凝胶        将具有导电性的有机或无机化合物引入自 赋予其导电性能，但会造成离子泄漏或                             [26]
                                       愈合凝胶中，或将导电聚合物在凝胶网络中 影响拉伸性能
                                       的原位聚合
                        光敏自愈合凝胶        在胶凝剂设计时引入具有光敏功能性的结 赋予其光敏性能，但在生物医学方面对                             [27]
                                       构片段                             伤口上细菌产生环境影响
                        抗冻自愈合凝胶        加入离子化合物降低水相凝固点；采用醇类 赋予其抗冻性能，但目前研究较少，机                            [28]
                                       等有机小分子作水冻结的有效抑制剂；或将 理及相关应用仍不完善
                                       离子化合物和醇类有机小分子同时引入
             愈合方式       本征型自愈合凝胶       不需要外力就能自动修复损伤处                  无需外部刺激即可自动修复，但自愈合                [29]
                                                                       过程时间较长且重复次数有限
                        外援型自愈合凝胶       需要有外部刺激（光、热等）促使损伤处愈合 需要有外部刺激条件才能愈合，但愈合                           [30]
                                                                       过程时间短
             胶凝剂相对      高分子自愈合凝胶       由聚合物胶凝剂形成                       柔韧性较好，但自愈合过程缓慢                   [31]
             分子质量大小  小分子自愈合凝胶          由低相对分子质量胶凝剂形成                   制备工艺简单，但拉伸/撕裂性能较差                [32]
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