Page 47 - 《精细化工》2023年第12期
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第 12 期 陈香李，等: 自愈合凝胶在柔性传感器中的应用研究进展 ·2589·
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1.1 基于不同交联方式的自愈合凝胶 聚丙烯酰胺（CMC/Fe /PAM）双网络水凝胶（DPC）。
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自愈合作为一种在自然界普遍存在的现象，当 如图 1a 所示，第一种网络是 Fe 与 CMC 的羧基以
生物体组织受到破坏后，内部会发生检测并进行自 金属离子配位作用的方式形成交联网络；第二网络
我修复，形成新的组织，达到愈合效果。 是将具有疏水性的聚甲基丙烯酸硬脂酯（PSMA）
根据自愈合凝胶的网络键合方式的不同可分为 链段在十二烷基硫酸钠（SDS）胶束中发生疏水缔
物理型自愈合凝胶、化学型自愈合凝胶和双重交联 合，与亲水性单体 AM 在 CMC 存在下共聚。双物
的自愈合凝胶。物理型自愈合凝胶即通过物理作用 理交联的凝胶表现出良好的机械恢复性和抗疲劳性
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（如静电力、氢键作用力、金属配位、主-客体作用 能，自由离子（Na 、Cl 和 Fe ）的引入也使其凝
力等）非永久性的分子间作用力形成的凝胶，该凝 胶具有良好的导电性，但强烈的离子配位作用抑制
胶的机械性能较差，但制备过程相对简单，自愈合 了其拉伸性能。DPC 在人体活动监测中能检测到微
性能优异；化学型自愈合凝胶即通过共价键交联形 弱信号，表明凝胶具有应变灵敏好、响应快、耐久
成凝胶（如硼酸酯键、二硫键、酰胺键等），其具备 性好等优良的传感特性。
更稳定结构和更出色的力学性能，但是化学交联通 CHEN 等 [34] 成功制备了基于聚乙烯醇（PVA）、
常需要交联剂或引发剂，交联过程较为繁琐和困难 [24] ； 明胶（GEL）、氧化海藻酸钠（OSA）、氧化石墨烯
双重交联型自愈合凝胶既能保持凝胶的力学性能， （GO）和单壁碳纳米管（SWNTs）的复合凝胶
又具有优异的自愈合性能，但通常制备工艺相对复 （PGO）。该复合凝胶含有亚胺键，能够在没有任何
杂，是当前面临的一大挑战 [25] 。 外部刺激的情况下自行愈合，并且具有良好的生物
ZHANG 等 [33] 以羧甲基纤维素（CMC）、丙烯酰 相容性和敏感性，图 1b 为该凝胶的作用机理。GO
和 SWNTs 两种纳米材料的引入增强了复合凝胶力
胺（AM）、疏水甲基丙烯酸十八烷酯（SMA）、FeCl 3
等为原料，以 2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯 学性能和导电性。这些特性表明，制备的复合凝胶
基]-1-丙酮（I-2959）为光引发剂，采用两步法合成 在可穿戴设备、健康监测和语音识别等电子皮肤应
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了具有高强高韧的双物理交联羧甲基纤维素/Fe / 用场景中具有巨大潜力。
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图 1 CMC/Fe /PADPC 凝胶（a） [33] 及 PVA/GEL/OSA 凝胶（b） [34] 的作用机理及相关应用
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Fig. 1 Mechanism of action and applications of CMC/Fe /PADPC hydrogel (a) [33] and PVA/GEL/OSA hydrogel (b) [34]
MAO 等 [25] 以 PVA，4,4-联苯二甲醛（BDA）和 有望用于制备具有优良机械性能的柔性自愈传感器。
己二酸二肼（ADH）为原料，以二甲基亚砜（DMSO） 上述自愈合凝胶，因其不同的交联方式，为机
为溶剂，制备了 PVA/BDA/ADH 凝胶。该凝胶网络 械性能与制备工艺简单化不兼容等问题提供了新思路。
通过 BDA 的醛基与 ADH 上的伯胺缩合，形成酰腙 1.2 基于不同功能性类型的自愈合凝胶
键，同时，PVA 网络中存在的氢键与酰腙键形成双 为了使自愈合凝胶的应用领域更加广阔，通常
网络结构。由于化学键和物理键双重交联，PVA/BDA/ 将多种功能整合于一体，以满足实际需求。引入具
ADH 凝胶具有良好力学性能和自愈合性能。该凝胶 有相关功能性的其他材料或者在自愈合凝胶中引入
