纤维素基导电水凝胶研究进展

王林林1，肖远淑1,2，孟莉莉4，李 帅1，贾丽霞1,3*

（1.新疆大学 新疆特色纺织品与清洁染整技术重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830039；2.东华大学 化学与化工学院，上海 200000；3.新疆大学 未来技术学院，新疆 乌鲁木齐 830039；4.新疆昌吉回族自治州纤维检验所，新疆 昌吉 831100）

摘要：纤维素因其生物相容性、柔韧性、可降解和可回收等特点而引起科研工作者的广泛关注。基于纤维素制备的导电水凝胶是一种新型的柔性材料，凭借良好的导电性、优异的自愈性能和高机械性能等，已经广泛应用于电子材料和生物医学方面。该文介绍了纤维素基导电水凝胶的交联机制，按照自愈性能、高机械性能、黏附性能以及耐冻性能对纤维素基导电水凝胶进行了分类；综述了其在传感器、电容器、电池及生物医疗材料领域的应用研究进展；最后，对纤维素基导电水凝胶的研究进行了总结和展望，指出研究多功能的绿色环保纤维素基导电水凝胶是未来发展的主要趋势。

关键词：纤维素；导电性；水凝胶；电子材料；制备

中图分类号：TQ427.26

文献标识码：A

文章编号：1003-5214 (2023) 11-2336-12

收稿日期：2022-11-02; 定用日期：2023-03-14;

DOI: 10.13550/j.jxhg.20220997

基金项目：新疆维吾尔自治区重点研发项目（2022136710）；新疆昌吉回族自治州纤维检验所横向课题（202210140004）

作者简介：王林林（1996—），男，硕士生，E-mail：2424886619@qq.com。联系人：贾丽霞（1964—），女，博士，教授，E-mail：lixiajia868@126.com。

Research progress on cellulose-based conductive hydrogels

WANG Linlin1, XIAO Yuanshu1,2, MENG Lili4, LI Shuai1, JIA Lixia1,3*
（1.Key Laboratory of Xinjiang Special Textiles and Clean Dyeing and Finishing Technology, Xinjiang University,Urumqi 830039, Xinjiang, China; 2.College of Chemistry and Chemical Engineering, Donghua University, Shanghai 200000, China; 3. School of Future Technology, Xinjiang University, Urumqi 830039, Xinjiang, China; 4. Xinjiang Changji Hui Autonomous Prefecture Fiber Inspection Institute, Changji 831100, Xinjiang, China）

Abstract: Cellulose has attracted wide attention of researchers because of its biocompatibility, flexibility,degradability and recyclability.Cellulose-based conductive hydrogels as novel flexible materials have been widely used in electronic materials and biomedical applications due to their good electrical conductivity,excellent self-healing properties and high mechanical strength.Herein, the cross-linking mechanism of cellulose-based conductive hydrogels was firstly introduced.Their classification based on the self-healing properties, high mechanical properties, adhesion properties and freezing resistance was then discussed,followed by review on the research progress on applications in sensors, capacitors, batteries and biomedical materials applications.Finally, the research prospect on cellulose-based conductive hydrogels was summarized with the research on multifunctional and green cellulose-based conductive hydrogels as the main trend of future development.

Key words: cellulose; conductivity; hydrogels; electronic materials; preparation

水凝胶是水溶性或亲水性的高分子，通过化学交联或物理交联可形成亲水的三维网状结构[1]。因具有亲水性好、比表面积大等特点，广泛应用于传感器、生物医疗、复合材料等方面。水凝胶可以通过合成高分子或天然高分子交联制备，由聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚吡咯等合成高分子交联形成的聚合物水凝胶具有良好的机械性能，但生物相容性差限制了其应用发展。天然高分子水凝胶具有优异的生物相容性、可降解和可回收性，但存在机械性能差的问题。因此，将聚合物和天然高分子结合可以提升水凝胶生物相容性和机械性能，具有一定的研究价值[2-7]。

纤维素是一种生物相容性好、可降解、可回收的天然高分子，因含有大量的羟基，可以与其他材料以非共价键方式形成具有功能性的水凝胶。近年来，在众多功能化纤维素基水凝胶中，利用纤维素和导电材料制备的纤维素基导电水凝胶（C-ECH）已成为研究热点[8-10]。C-ECH 因具备良好的导电性，优异的自愈性，较高的机械性能和黏附性而进一步扩展了应用范围，可满足众多领域的应用需求[11-16]。因此，本文在总结通过物理或化学交联制备的自愈性、高机械性能、强黏性和耐冻性C-ECH 研究基础上，重点介绍了不同类型C-ECH 在传感器、超级电容器和生物医疗材料等方面的应用，并分析了C-ECH 应用前景、局限性和可能的研究潜力。

1 纤维素基导电水凝胶交联机制

单网络的纤维素水凝胶由于机械性能差、性能不可调控等问题限制了其在电子器件、生物医疗等方面的应用。因此，将纤维素水凝胶与导电物质相结合可以得到功能可调控的C-ECH，在C-ECH 中纤维素水凝胶提供三维骨架，导电物质赋予水凝胶导电性，纤维素与导电物质之间的作用方式（主要可分为物理交联和化学交联）是C-ECH 功能可控的关键。

1.1 物理交联

物理交联是纤维素及其衍生物以缠绕或非共价键方式（氢键、离子作用力等）与导电物质形成三维网状结构，是一种制备纤维素基导电水凝胶的简便方法。在物理交联中氢键作用是制备水凝胶常见的物理作用方式，主要是纤维素上的多羟基与导电物质之间形成氢键。当体系中形成较多氢键时，通过氢键连接成网络结构和多维结构使C-ECH 更加稳定且具有不同的性能。例如：HASANIN 等[17]将壳聚糖、乙基纤维素（EC）和聚苯胺（PANI）制备成具有良好导电性能的三维网状结构（PANI/CS/EC）。纤维素羟基上的—OH 分别与壳聚糖氨基上的—NH2 以及聚苯胺分子链上的—N—形成氢键，产生有效的导电网络（图1a）。而且聚苯胺在生物基质中的良好分散性为电子提供了较大的空间，允许电子在彼此之间轻松传输，从而形成更多的连接域，增加导电性。物理交联除了氢键作用，还有离子作用和疏水作用。离子作用描述了两种相反离子物质之间的吸引力，当纤维素及其衍生物与导电物质带有相反电荷时，在离子作用下形成具有导电功能的水凝胶。ZHENG 等[18]利用2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧自由基（TEMPO）氧化纤维素纳米纤丝和聚丙烯酸（PAA）的—COOH 与带正电荷金属阳离子（Fe3+）在离子作用下形成水凝胶，结果表明，形成的水凝胶具有良好的导电性和自愈性。疏水作用是在纤维素上引入疏水基团，当达到一定浓度时发生聚集，形成一种通过物理交联得到的三维网状结构。

1.2 化学交联

化学交联是纤维素及其衍生物通过共价键结合的方式与导电物质形成的三维网状结构，具有凝胶快、力学性能好等优点[19-20]。常见的化学交联主要有两种，一种是添加交联剂，在交联剂的作用下形成三维网状结构。例如：WANG 等[16]将纤维素溶解在苄基三甲基氢氧化铵（BzMe3NOH）水溶液中，通过环氧氯丙烷化学交联纤维素和聚乙烯醇（PVA）得到具有导电性、高拉伸性和良好透明性的水凝胶，该水凝胶具有作为传感器和摩擦电纳米发电机的潜力。另一种是聚合物直接与纤维素上的活性基团反应形成共价键。CHEN 等[21]采用接枝的方法成功将丙烯腈（AN）和丙烯酰胺（AM）共聚物〔p(AN-c o-AM)〕接枝到羟丙基甲基纤维素（HPMC）链上，得到了导电性水凝胶（HPMC-g-AN/AM-ZnCl2），如图1b 所示。该水凝胶导电率可达到1.54 S/m，在监测人类活动方面显示出高灵敏度和稳定性。

以上研究表明，化学交联是通过共价键的方式形成水凝胶，水凝胶中的三维网状结构具有良好的力学性能和稳定性，但多数交联剂对生物具有一定的毒性，采用绿色无毒害的交联剂将是未来的发展趋势。相对化学交联而言，物理交联是通过非共价键的形式形成水凝胶，具有一定的可逆性，制备的水凝胶更加容易降解。此外，物理交联避免了化学交联中交联剂有毒性的问题，在生物医疗材料中有更广泛的应用。

2 纤维素基导电水凝胶分类

纤维素及其衍生物与不同导电物质通过物理交联和化学交联制备的C-ECH 具有不同的功能，功能化C-ECH 因其优异的导电性能、机械性能等已经成为国内外研究热点。按功能分类，C-ECH 主要可分为自愈功能C-ECH、高机械性能C-ECH、强黏附性能C-ECH 和耐冻性能C-ECH。

2.1 自愈功能C-ECH

自愈功能的C-ECH 是一种当受到外部机械力引起损伤变形后能实现自我修复的三维网状结构[22-23]。其机制是通过机械学原理创建一条侧悬高分子链，由水凝胶主体结构垂悬下来，给受损水凝胶部分一个可以攀附上来并重新黏合的机会。纤维素基导电水凝胶的自愈性为自适性多功能智能新材料奠定了基础，如柔性仿生皮肤、柔性电子设备等[24-26]。

WANG 等[27]采用细菌纳米纤维素（BCW）、单宁酸（TA）、聚丙烯酸（PAA）和Fe+在过硫酸铵（APS）引发作用下制备了一种快速聚合的自愈性水凝胶（PATG-B-Fe），该水凝胶中BCW-TA、PAA和Fe3+之间存在多氢键和配位键，在力学和自愈合方面表现出优异的性能，应力可达到203 kPa，断裂伸长率为1950%，自愈效率为91%。当断裂表面重新接触时，随着聚合物链的纠缠，改变了断裂的动态配位键和氢键，水凝胶表现出自愈合功能（图2a）。为了追求更高的自愈效率，SONG 等[28]将多支化纳米纤维素晶（CNC-PANI）加入PVA 中制备了一种导电性好、灵敏度高的自愈性水凝胶（CNC-PANI/PVA），如图2b 所示。其中，CNC-PANI 充当动态桥梁，为水凝胶提供层次结构和动态氢键作用，再结合动态硼酸酯键，水凝胶在空气和水下均能保持良好的自愈能力，在120 s 内自愈效率可达99.56%，该水凝胶在设计具有自愈性的仿生传感器方面具有很好的发展前景。此外，为了缩短水凝胶自愈合的时间，YUE 等[29]利用一种有效且简单的自由基聚合方法，将采用聚乙烯亚胺（PEI）改性纤维素纳米晶体（CNCs）得到的改性纤维素纳米晶体（PEICNCs）、还原氧化石墨烯（rGO）和不同丙烯酸酯单体制备了一种具有自愈功能的水凝胶（CNC/rGO），如图2c 所示。

在25 ℃条件下水凝胶切割后12 s 内可以恢复到其原始机械性能和导电性能，并在5 次切割和自愈后其断裂伸长率仅由950%下降至943%，这种导电室温自愈合水凝胶的设计利用了超分子化学和聚合物纳米科学的独特优势，为人造皮肤、软机器人、仿生假体和能量存储的应用提供了帮助。

采用动态共价键和非共价键构筑的自愈功能C-ECH 表现出许多优势，但目前自愈功能C-ECH在自愈合时间效率有待提高。利用硼酸酯键、二硫键等动态共价键自主缔合的优势，制备的自愈合C-ECH 具有稳定的可调控性，但单一动态共价键具有一定的局限性，通过多种动态共价键协同作用提高化学键数量可以缩短自愈合时间，提高基于自愈功能C-ECH 电子器件的使用效率和使用寿命。同时，多功能性自愈性水凝胶是当前的发展趋势，通过动态共价键提高自愈功能C-ECH 的机械性能，可以更好地满足生物组织工程材料的需求。

2.2 高机械性能C-ECH

随着C-ECH 在电子产品方面的广泛应用，其力学性能差的问题限制了C-ECH 的使用条件和使用寿命，无形中增加了对资源的消耗。因此，优异的机械性能对C-ECH 的应用至关重要，尤其是作为储能器件的C-ECH 应具有优异的力学性能，较高的拉伸强度和弹性模量[30-31]。如当C-ECH 充当电极之间隔膜受到外部冲击和电极表面反应导致内部短路时，强而硬的水凝胶可以保持其机械完整性[32-35]。因此，CHEN 等[36]利用羧甲基纤维素（CMC）和PAA 制备了具有较高机械性能水凝胶（PAA/CMC-Fe3+），其拉伸强度达4.42 MPa，弹性模量达0.41 MPa，而PAA/CMC-Fe3+水凝胶的优异力学性能来自羧酸根与三价铁之间形成的离子配位键以及聚丙烯酸与纤维素链之间的紧密缠绕。2022 年，YAO 等[37]设计出一类具有优异力学性能的半互穿离子导电水凝胶（ICH），动态硼酸酯键和非共价键赋予该水凝胶显著的拉伸性和韧性，ICH 可承受高达1000%的外部拉伸，循环15 次而不断裂，为超级电容器的设计提供了基础材料。此外，高机械性能的C-ECH 在生物医疗和传感器等方面的应用也是十分重要的，CHEN 等[38]在AM 混合溶液中加入纤维素纳米纤维（CNF）和碳纳米管（CNT），通过原位聚合制备的PAM/CNF/CNT 复合水凝胶不仅具有良好的导电性，还具有显著增强的拉伸强度，其机械强度比纯PAM 高3 倍，在生物医学和组织工程领域，如模拟皮肤和生物医学传感器具有广阔的前景。胡魁等[39]利用纳米纤维素、MXene 纳米片层和PVA 制备了一种具有导电性能和优异机械性能的CNF-MXene/PV A 复合水凝胶，其拉伸强度高达255.9 kPa，断裂伸长率可达到1098.2%，由此水凝胶制备的柔性传感器在测试中表现出极高的灵敏度和应变响应性，可以用来检测人体的脉搏跳动和说话时声带振动。

上述C-ECH 机械性能提升主要归因于在纤维素基中引入高分子聚合物、纳米材料以及金属离子等，通过共价键和非共价键的方式增加了高分子聚合物与纤维之间的缠绕，实现了互相渗透的网络结构，同时，共价键形成的化学键具有很好的化学稳定性，增加了C-ECH 的机械性能。为了获得更加优异机械性能的C-ECH，可以采取以下方法：（1）将共价键与非共价键混合作用形成互穿网络结构；（2）通过pH、温度和溶剂效应调控高分子的空间形状，使其具有更高的机械性能；（3）通过增加引入到纤维素基中聚合物的极性和链长可以提高水凝胶的机械强度，如引入含有芳杂环的聚合物。

2.3 强黏附性能C-ECH

强黏附性能C-ECH 通常是水凝胶与物体表面通过非共价键（氢键、静电作用和疏水作用等）的方式黏附在物体表面[27]。HUANG 等[40]设计了一种具有黏附性的纳米复合水凝胶（Cel-Fe3+-PAM），该纳米复合水凝胶在各种材料上都显示出优异的附着力（图3a）。结果表明，纳米复合水凝胶具有优异的拉伸能力（拉伸率为2795%，拉伸应力为128.6 kPa），在玻璃基质上的黏附性能最好（44.7 kJ/m3）。这归因于纳米复合水凝胶具有丰富的极性官能团（—C==O、—OH 和—NH2），使纳米复合水凝胶能够在氢键、金属配位和静电作用下黏附在玻璃表面。值得注意的是，传统的黏附性水凝胶表现出强亲水性，导致水凝胶网络在水环境中的不稳定性、黏附能力差[41]。为解决这一问题，WEI 等[42]采用聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯（PDMAEMA）和HPMC 为原料，通过物理交联的方式得到的HPMC/SiW-PDMAEMA/Fe3+水凝胶不仅在空气中，而且在水中可以很容易黏附不锈钢、橡胶、木材、聚四氟乙烯（PTFE）、玻璃和聚丙烯（PP）等材料（图3 b），测试发现，水凝胶在水下黏附强度足以提起1 40 g 不锈钢盖，浸泡18 h 后，对基材的黏附强度仍可达到初始的25%～45%，通过水凝胶在不同pH范围内测试结果发现，随着溶液pH 的增加，水下黏附强度略有增加。此外，由于人类皮肤随关节、肢体和肌肉运动的变化而伸展，具有黏附性能的CECH 对于传感器检测运动和生理上的细微信号非常重要。SHAN 等[43]通过聚[N-三(羟甲基)甲基]丙烯酰胺-丙烯酰胺〔P(THAM/AM)〕、亚甲基双丙烯酰胺（MBA）与CNF 进行物理交联制备了具有强黏附性能P(THAM/AM)/CNF（图3c），与化学交联剂(N,N-亚甲基双丙烯酰胺)相比，CNF 与P(THAM/AM)链上具有更多的羟基和胺基，可以与物体表面形成氢键而表现出黏附性，由这种强黏附性能C-ECH设计的应变传感器可以很好地附着在人体皮肤上，能够将人体细微的运动转化为相对阻力的变化，在可穿戴电子设备中检测人体运动具有很好的应用前景。

近年来，研究表明，强黏附性能C-ECH 的网络结构中疏水区可以抵抗溶剂的干扰，保证了在水中水凝胶与基材之间稳定的物理作用，从而不会破坏黏附力。网络结构中的亲水性赋予了水凝胶链段一定程度的流动性，使其能够与底物形成多种可逆的非共价物理相互作用，产生附着力。此外，采用多氢键的聚合物，可以在整体上形成更多可逆的氢键，并在水凝胶中提供能量耗散，提高C-ECH 的黏附性，实现在可穿戴传感器和生物医疗材料的实际应用。虽然黏附性具有很好的应用前景，但目前强黏附性能C-ECH 仍存在一些问题：（1）在极端条件下仍具有良好的黏附性是面临的一个挑战；（2）反复使用仍具有高效黏附性的C-ECH 有待开发；（3）需要进一步赋予强黏附性能C-ECH 更多的性能，从而拓展强黏附性能C-ECH 的应用范围。

2.4 耐冻性能C-ECH

大多数由亲水聚合物组成的水凝胶在零下的低温环境中会被冻结而变得非常脆弱，失去原有的柔性和机械性能[44-46]。C-ECH 被冻结后会限制离子在水凝胶中的运输，从而使C-ECH 失去导电性能，因此，制备一种可以在广泛温度下工作的抗冻C-ECH十分必要。ZHANG 等[47]受自然界抗冻机制的启发，在不影响水凝胶导电性的前提下，将离子化合物（ZnCl2/CaCl2）整合到纤维素水凝胶网络中以增强抗冻性（图4a），测试表明，在–60 ℃以内，水凝胶的储能模量和损耗模量保持稳定，而加入甘油的C-ECH 可以在–100 ℃以内保持稳定的状态后，提高了水凝胶的抗冻性。WANG 等[16]将纤维素和PVA溶解在BzMe3NOH 水溶液中，通过化学交联直接制备了具有防冻性能的纤维素基导电水凝胶（CPH）（图4b）。BzMe3NOH 水溶液起到导电和耐冻作用，该水凝胶在–27.8～–62.1 ℃温度内保持90%以上的透明度和稳定的机械性能。为了获得在低温条件下可以工作而又具有良好机械性能的C-ECH，GE 等[48]通过 AM 原位聚合制备了PAM/CNF/LiCl 水凝胶。LiCl 增加了胶体和水分子之间的相互作用，确保了在大气条件下的保水能力，并赋予水凝胶在广泛温度范围内的耐寒性（–80～25 ℃），同时，CNF 和PAM 之间的节点和氢键作用保证了该水凝胶在低温环境中具有良好的力学性能，测试表明，该水凝胶在–40 ℃低温下表现出优异的拉伸性能（748%）和良好电导率（2.25 S/m），这为极端寒冷条件下满足柔性电子设备要求提供了基础（图4c）。

基于具有防冻性能的纤维素基导电水凝胶的传感器在低温内对拉伸应变、压缩压力和温度表现出稳定的灵敏度，具有快速响应时间和无明显滞后现象，为低温工作的电子设备提供了一种新的材料[49]。引入无机盐和强碱可以使水凝胶获得耐冻性，水凝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，为可穿戴传感器和储能器件的设计提供了基础。但对于长期在极端环境中工作的C-ECH 来说，能保证在低温极端环境中具有导电性的同时，还具有优异的柔性、机械性能和长期工作等性能将是一个新的挑战。

3 纤维素基导电水凝胶的应用

纤维素基导电水凝胶因其优异的导电性、强自愈合、高机械、强黏附性和耐冻性，在电子产品和生物材料有着潜在的应用价值，近年来，基于纤维素基导电水凝胶设计的传感器、电容器、电池、生物组织等引起了相关科研工作者的广泛关注[50]。

3.1 传感器

随着技术的发展，智能化时代已经到来，传感器在日常生活中层出不穷，由C-ECH 组成的柔性可穿戴传感器具有良好生物相容性、可降解以及生物无毒性等优点，在电子皮肤、健康监测和人机界面等领域正在迅速地发展[51-52]。但C-ECH 制备的传感器存在一些问题，如水凝胶中的水在低温条件下容易冻结，对水凝胶的柔性和导电性能产生影响。此外，水凝胶力学性能、黏附性能以及自愈合性能都会影响水凝胶传感器的使用寿命和灵敏度[53-56]。因此，不同功能的C-ECH 在传感器的应用中至关重要。

针对以上问题，YU 等[57]设计了一种具有抗冻、抗脱水、高导电性及优异机械性能的纳米纤维素（NC）复合水凝胶柔性湿度传感器（图5a），获得的CNF/CaCl2/山梨醇水凝胶（CS-NC）具有高电导率（～10 mS/cm）、显著的抗冻性（–50 ℃）和持久的保水能力（超过90%的质量保留率），且拉伸100次后仍具有稳定的导电性。由该水凝胶组装的可伸缩的湿度传感器表现出宽湿度检测范围（23%～97%相对湿度），可以实时监测人类呼吸并做出快速反应（响应时间为0.52 s，恢复时间为2.15 s）。该研究解决了水凝胶传感器在低温环境下冻结的弊端，同时优异的力学和保水性能为制造可拉伸和高性能的湿度传感器提供了新的前景。FU 等[54]通过分子水平的多重动态交联作用（MMDI）在双醛TEMPO氧化纳米纤化纤维素（DATNFC）基础上设计了一种自修复、可回收和导电的明胶/DATNFC/Fe3+水凝胶（GDIH）基应变传感器（图5b），GDIH 与纯明胶水凝胶相比，拉伸强度和抗压强度显著增加，且有着优异的压缩应力（1310 kPa）、自愈能力和导电性。GDIH 组装的多功能应变传感器，具有高应变灵敏度（GF=2.24）和压缩灵敏度（S=1.14 kPa），可用于制造电子皮肤并准确识别检测微小变形引起的电生理信号，具有传感稳定性和快速压缩响应时间（200 ms）。WANG 等[58]构建了一种非对称双层水凝胶（QHEC、LS）的自供电压力传感器（图5c），将碳布连接水凝胶的上下层，通过输出电压的变化，对压力刺激做出快速响应（100 ms），由该水凝胶制成的能量收集鞋垫，可以有效地收集人类跑步过程中的机械能量，在可穿戴电子产品中具有显著优势。

目前，基于C-ECH 传感器解决了广泛温度适应性、信号稳定性、机械强度和传感之间长期存在的挑战。但在众多由C-ECH 组成的传感器中，主要集中在压力传感器和湿度传感器的应用，这限制了C-ECH 传感器的广泛应用，随着对C-ECH 的不断研究，应当拓宽刺激响应范围，在液体泄漏的检测、热敏电阻、蒸汽传感器、生物传感器、化学传感等具有潜在的研究价值。

3.2 电容器

随着储能设备向可持续性和多功能性的不断发展，基于生物质多功能储能设备的发展已成为重要的发展方向之一，相较于其他材料制备的超级电容器，基于C-ECH 的超级电容器在环境友好性、灵活性高、成本低和多功能性方面显示出显著优势[59-62]。

SABORÍO 等[63]将羧甲基纤维素（CMC）与柠檬酸交联形成的水凝胶组装到用相同材料配制的固体电解介质电极上，获得了一种柔性、轻质、坚固、便携式的羧甲基纤维素对称超级电容器（OESC）（图6a）。该电容器的比电容可高达为0.9 mF/g，经过2500次循环后仍具有较高最大能量密度（0.11 mW·h/kg），这归因于水凝胶多孔结构有利于电解质的渗透，增强了离子转移动力学。该法利用环保材料和廉价的化学工艺在室温下的水介质中进行实验，使得柔性纤维素基超级电容器在绿色环保和大规模生产有了新的突破。KE 等[64]利用纤维素、聚丙烯酰胺和聚苯胺制备的复合水凝胶（CPP）构建了对称双功能超级电容器（图6b），通过集成结构减少了电致变色超级电容器（ESC）的层数和层间的接触电阻，实现高性能储能和光调控性能，纤维素的天然多孔结构使其成为构建电极材料和储能器件的优良基材。WANG 等[65]通过在甲基橙和三氯化铁的作用下，获得了由TEMPO 氧化纤维素增强的弹性聚吡咯（PPy）水凝胶（图6c），制备的水凝胶具有导电性、高弹性和机械稳定性，由该水凝胶制成的对称固态超级电容器具有良好的电化学性能，可以串联成电子电路点亮LED 灯泡，TEMPO 氧化纤维素增强的PPy 水凝胶所有特性为潜在的储能应用开辟了道路。

WAN 等[66]通过在纤维素、植酸水凝胶上原位生长聚苯胺，制备了一种具有三明治形状结构的柔性、可拉伸和高离子导电性的纤维素/植酸/聚苯胺水凝胶，并将制备的导电水凝胶组装成一体式超级电容器，其优异的性能归因于纤维素基体中原位聚合的聚苯胺颗粒，有效降低了电极与电解质之间的界面电阻，该一体化超级电容器电流密度为1 mA/cm2，最大能量密度为 168.2 μW·h/cm2，最大功率密度为 669.1 μW/cm2，是一种优异的柔性一体式超级电容器。

研究表明，C-ECH 在电容器方面具有很好的应用前景，但某些方面仍需要进一步探究：（1）通过控制聚合时间来调节储能容量，提高储能能力和柔性；（2）电容器长时间的工作会导致水凝胶中的水分流失，从而影响离子在水凝胶中的运输，降低导电性，采用保湿方法制备的C-ECH 在电容器的应用方面具有一定的研究价值。

3.3 电池

随着人们对可穿戴柔性电子产品需求的日益增加，可穿戴柔性电子产品的供电问题是面临的一个挑战，而纤维素基导电水凝胶优异的导电性能和机械性能。使其在柔性电池的设计和应用方面具有广阔的前景。QUAN 等[67]采用高浓度ZnCl2 水溶液溶解麦秸纤维素，在CaCl2 和食品级山梨糖醇的作用下得到的Sor-Cel 电解质具有优异的抗冻能力、机械性能、附着力和离子电导率（20 和–40 ℃时离子电导率分别为35.4 和19.7 mS/cm）。组装的柔性锌PANI 电池即使在极端条件下也能提供卓越的电化学性能。这项工作为开发环境适应性电池和高效利用农作物秸秆提供了新的机遇。MA 等[68]利用丙烯酸（AA）、纤维素和 N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA），在碱性条件下通过自由基聚合反应制备了耐碱性的聚丙烯酸钠/纤维素双网络水凝胶，在交联剂的作用下，水凝胶具有优异的拉伸应变性能（可达1000%）和导电率（0.28 S/cm），研究发现，由该水凝胶设计组成的柔性锌-空气电池，拉伸应变可达800%，能量密度达到210.5 mW/cm2，而且电池装置在具有优异的柔软性、耐用性的同时，也具有一定的防水性和可织性。以上研究表明，纤维素基导电水凝胶可以在电池方面很好的应用，但就目前研究而言，在纤维素基导电水凝胶设计电池的基础上提高电池的储能、耐用性以及缩小体积方面仍需要进一步探究。

3.4 生物医疗材料

近年来，随着生物医疗技术的发展，C-ECH 由于独特的多孔结构、良好的生物相容性、优异机械性能和表面易改性等特点，已成为生物医疗的理想材料，主要应用在创伤修复和组织工程等方面。

SUN 等[69]利用模拟人体肌肉神经兴奋机制，共掺导电纳米颗粒 MnO2、聚苯胺、多壁碳纳米管（MWCNTs）和还原氧化石墨烯，以天然纤维素为骨架构建了具有超导离子通道的离子电解质膜（IEM），实验表明，IEM 制备的仿生人工肌肉展现出优异的驱动性能，包括超快响应速度、偏转位移（16.284 mm）和输出力（4.153 mN），这为开发高效人工肌肉的驱动性能提供了创新灵感（图7）。XU 等[70]以纤维素水凝胶为基材，通过界面聚合法原位合成PANI，通过水的氢键作用使其固定在亲水纤维素中，结果显示，PANI/纤维素复合水凝胶具有良好的机械性能和生物相容性，PANI 的分层微原结构和电导率可以显著诱导神经元的黏附和引导延伸。DENG 等[71]设计了基于天然聚合物中木质素和纤维素的多功能水凝胶，木质素作交联剂，在动态硼酸键修饰的羟丙基纤维素之间构建水凝胶，水凝胶具有优异的广谱抗菌性能、良好的组织黏附性和导电性，水凝胶的组织黏附性使其在大鼠肝损伤模型中具有良好的止血性能，体内实验表明，水凝胶能够维持湿润的愈合环境，减少炎症细胞浸润，促进M2 巨噬细胞极化，加速胶原蛋白沉积，促进新生血管再生，并显著加快感染伤口的愈合。

LIN 等[72]将TEMPO 氧化的纤维素（TOMFC）加入海藻酸钠基质中，并进行吡咯（PPy）单体原位聚合制备了PPy/SA/TOMFC 复合水凝胶，通过压缩应力-应变分析，证实TOMFC 和PPy 的加入提高了水凝胶的力学性能，压缩模量高达2.34 MPa，用质量分数5.0% TOMFC 制备的导电水凝胶强度可达到1.27 MPa。此外，在TOMFC 质量分数较高的情况下，复合水凝胶的电导率（8.9×10–3 S/cm）显著提高，这是由于复合水凝胶更紧密的3D 网络结构以及聚合过程中吡咯与基质之间的相互作用，该复合水凝胶具有可调的溶胀性能和良好的生物相容性，可用于仿生组织支架[73-74]。

C-ECH 在生物医疗领域受到众多研究者的青睐，但是将C-ECH 作为到生物医疗材料由于成本较高，在高效灭菌和活体实验方面仍有缺陷，加之完全生物降解性有待研究，要想将C-ECH 从实验室转移到实际生产和应用，还需要研究者进一步探究。

4 结束语与展望

资源是影响人类可持续发展的关键问题。纤维素作为自然界中最丰富的天然可再生资源，具有成本低、可再生、生物相容性良好等特点，而且废旧棉纺织品、棉秆、麦秆、玉米芯等废弃物中含有大量的纤维素资源，随着人们环保意识的不断提高，综合开发利用这些资源将对人类的可持续发展具有重大意义。基于纤维素上的大量羟基，采用物理或者化学交联方法制备的导电水凝胶具有优异机械性能、自愈性、黏附性、耐冻性、导电性、生物相容性和可持续利用等特点，使其在传感器、超级电容器、生物组织材料等领域显示出了广泛应用前景，市场需求量在不断增大。近年来，虽然对C-ECH 的设计和应用取得了一定的进展，使得C-ECH 的性能得到很大的提高，然而纤维素基导电水凝胶的发展仍面临一些挑战：（1）化学交联剂存在一定的毒性，开发使用高绿色环保的化学交联剂来减少对环境的污染；（2）纤维素基导电水凝胶功能性比较单一，在不牺牲导电性能等基本性能的情况下引入新的功能，设计出自愈合、黏附、高机械性能、耐冻等性能于一体的C-ECH 可以满足不同领域和不同环境的需求，这也是未来C-ECH 发展的主要研究方向；（3）现有的C-ECH 应用还没实现集成化，需采取轻质化材料，缩小C-ECH 的体积，设计集成化的电容器为可穿戴设备提供更多的能量，同时，设计微型传感器可以减轻可穿戴电子设备的质量；（4）对C-ECH 及其相关产品进行回收再利用也是有待解决的问题，这对解决能源危及环境污染至关重要；（5）使用无线传输技术来实现良好的人机交互，最为重要的是要将自供电应变传感器落实到实际生产和应用中；（6）作为电子皮肤、恶劣环境中的传感器等电子材料的基材，现有的C-ECH 机械强度还有待提高，可以在纤维素基体中引入增强材料，形成双网络或者多网络结构。综上所述。通过对C-ECH 的改进和优化，C-ECH 在可穿戴电子设备、结构健康监测、智能纺织品、能源储存和光学材料等具有良好的发展前景。

参考文献：

[1] IMAN Y, WEN Z.A review of recent developments in nanocellulose-based conductive hydrogels[J].Current Nanoscience,2021, 16(4): 1-16.

[2] GEBEYEHU E K, SUI X F, ADAMU B F, et al.Cellulosic-based conductive hydrogels for electro-active tissues: A review summary[J].Gels, 2022, 8(3): 140.

[3] TANG Y, ZHANG X, LI X Y, et al. A review on recent advances of protein-polymer hydrogels[J].European Polymer Journal, 2022, 162:110881.

[4] KHATTAB T A, KAMEL S.Advances in polysaccharide-based hydrogels: Self-healing and electrical conductivity[J].Journal of Molecular Liquids, 2022, 352: 118712.

[5] DENG Y Q, XI J F, MENG L C, et al. Stimuli-responsive nanocellulose hydrogels: An overview[J].European Polymer Journal,2022, 180: 111591.

[6] YAO Q, ZHENG W H, TANG X G, et al. Tannic acid/polyvinyl alcohol/2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride chitosan double-network hydrogel with adhesive, antibacterial and biocompatible properties[J].Reactive & Functional Polymers, 2022,179: 105384.

[7] BATTA-MPOUMA J, KANDHOLA G, SAKON J, et al. Covalent crosslinking of colloidal cellulose nanocrystals for multifunctional nanostructured hydrogels with tunable physicochemical properties[J].Biomacromolecules, 2022, 23(10): 4085-4096.

[8] FANG L J, ZHAO L H, LIANG X T, et al. Effects of oxidant and dopants on the properties of cellulose/PPy conductive composite hydrogels[J].Journal of Applied Polymer Science, 2016, 133(34):43759.

[9] WANG L, AGO M, BORGHEI M, et al. Conductive carbon microfibers derived from wet-spun lignin/nanocellulose hydrogels[J].ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, 7(6): 6013-6022.

[10] YE Y H, JIANG F.Highly stretchable, durable, and transient conductive hydrogel for multi-functional sensor and signal transmission applications[J].Nano Energy, 2022, 99: 107374.

[11] GUAN Q F, YANG H B, HAN Z M, et al. Sustainable cellulosenanofiber-based hydrogels[J].ACS Nano, 2021, 15(5): 7889-7898.

[12] QIN H L, CHEN Y J, HUANG J Y, et al. Bacterial cellulose reinforced polyaniline electroconductive hydrogel with multiple weak H bonds as flexible and sensitive strain sensor[J].Macromolecular Materials and Engineering, 2021, 306(8): 2100159.

[13] LI J R, FANG L J, TAIT W R, et al. Preparation of conductive composite hydrogels from carboxymethyl cellulose and polyaniline with a nontoxic crosslinking agent[J].RSC Advances, 2017, 7(86):54823-54828.

[14] QIN Z H, LIU S D, BAI J H, et al. Ionic conductive hydroxypropyl methyl cellulose reinforced hydrogels with extreme stretchability,self-adhesion and anti-freezing ability for highly sensitive skin-like sensors[J].International Journal of Biological Macromolecules,2022, 220: 90-96.

[15] WANG X D, YANG X X, WANG X Y, et al. Silver nanoparticles prepared by solid-state redox route from HEC for conductive,long-term durable and recycling artificial soft electronics[J].Polymer, 2021, 229: 123974.

[16] WANG Y, ZHANG L N, LU A.Highly stretchable, transparent cellulose/PVA composite hydrogel for multiple sensing and triboelectric nanogenerators[J].Journal of Materials Chemistry-A,2020, 8(28): 13935-13941.

[17] HASANIN M, MWAFY E A, YOUSSEF A M.Electrical properties of conducting tertiary composite based on biopolymers and polyaniline[J].Journal of Bio- and Tribo-Corrosion, 2021, 7(4): 1-10

[18] ZHENG C X, LU K Y, LU Y, et al. A stretchable, self-healing conductive hydrogels based on nanocellulose supported graphene towards wearable monitoring of human motion[J].Carbohydrate Polymers, 2020, 250: 116905.

[19] LI B G, CHEN Y R, HAN Y F, et al. Tough, highly resilient and conductive nanocomposite hydrogels reinforced with surface-grafted cellulose nanocrystals and reduced graphene oxide for flexible strain sensors[J].Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2022, 648: 129341.

[20] EL-SAYED N S, MOUSSA M A, KAMEL S, et al. Development of electrical conducting nanocomposite based on carboxymethyl cellulose hydrogel/silver nanoparticles@polypyrrole[J].Synthetic Metals, 2019, 250: 104-114.

[21] CHEN D J, ZHAO X L, WEI X R, et al. Ultrastretchable, tough,antifreezing, and conductive cellulose hydrogel for wearable strain sensor[J].ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(47):53247-53256.

[22] HAN J Q, DING Q Q, MEI C T, et al. An intrinsically self-healing and biocompatible electroconductive hydrogel based on nanostructured nanocellulose-polyaniline complexes embedded in a viscoelastic polymer network towards flexible conductors and electrodes[J].Electrochimica Acta, 2019, 318: 660-672.

[23] XIAO G F, WANG Y, ZHANG H, et al. Cellulose nanocrystal mediated fast self-healing and shape memory conductive hydrogel for wearable strain sensors[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2021, 170: 272-283.

[24] JIAO Y, LU K Y, LU Y, et al. Highly viscoelastic, stretchable,conductive, and self-healing strain sensors based on cellulose nanofiber-reinforced polyacrylic acid hydrogel[J].Cellulose, 2021,28(7): 4295-4311.

[25] JIAO Y, LU Y, LU K Y, et al. Highly stretchable and self-healing cellulose nanofiber-mediated conductive hydrogel towards strain sensing application[J].Journal of Colloid and Interface Science,2021, 597: 171-181.

[26] WANG Y, ZHANG H, ZHANG H C, et al.Synergy coordination of cellulose-based dialdehyde and carboxyl with Fe3+ recoverable conductive self-healing hydrogel for sensor[J].Materials Science and Engineering: C, 2021, 125: 112094.

[27] WANG J, DAI T Y, WU H, et al. Tannic acid-Fe3+ activated rapid polymerization of ionic conductive hydrogels with high mechanical properties, self-healing, and self-adhesion for flexible wearable sensors[J].Composites Science and Technology, 2022, 221: 109345.

[28] SONG M L, YU H Y, ZHU J Y, et al. Constructing stimuli-free self-healing, robust and ultrasensitive biocompatible hydrogel sensors with conductive cellulose nanocrystals[J].Chemical Engineering Journal, 2020, 398: 125547.

[29] YUE L P, ZHANG X Y, WANG Y J, et al. Cellulose nanocomposite modified conductive self-healing hydrogel with enhanced mechanical property[J].European Polymer Journal, 2021, 146: 110258.

[30] CHEN W S, YU H P, LEE S Y, et al. Nanocellulose: A promising nanomaterial for advanced electrochemical energy storage[J].Chem Soc Rev, 2018, 47(8): 2837-2872.

[31] LIU W (刘伟), WU X (吴显), CHEN X C (陈小澄), et al. Effect of carboxylate fillers on mechanical, conductive, and sensing performance of PVA/CNF hydrogel[J].China Plastics (中国塑料),2022, 36(6): 16-23.

[32] DING Q Q, XU X W, YUE Y Y, et al. Nanocellulose-mediated electroconductive self-healing hydrogels with high strength,plasticity, viscoelasticity, stretchability, and biocompatibility toward multifunctional applications[J].ACS Applied Materials & Interfaces,2018, 10(33): 27987-28002.

[33] HUSSAIN I, MA X F, WU L L, et al. Hydroxyethyl cellulose-based electrically conductive, mechanically resistant, strain-sensitive self-healing hydrogels[J].Cellulose, 2022, 29(10): 5725-5743.

[34] TONG R P, CHEN G X, TIAN J F, et al. Highly stretchable,strain-sensitive, and ionic-conductive cellulose-based hydrogels for wearable sensors[J].Polymers, 2019, 11(12): 2067.

[35] YAN L W, ZHOU T, HAN L, et al. Conductive cellulose bio-nanosheets assembled biostable hydrogel for reliable bioelectronics[J].Advanced Functional Materials, 2021, 31(17): 2010465.

[36] CHEN W, BU Y H, LI D L, et al. High-strength, tough, and self-healing hydrogel based on carboxymethyl cellulose[J].Cellulose, 2020, 27(2): 853-865.

[37] YAO X, ZHANG S F, QIAN L W, et al. Super stretchable,self-healing, adhesive ionic conductive hydrogels based on tailor-made ionic liquid for high-performance strain sensors[J].Advanced Functional Materials, 2022, 32(33): 2204565.

[38] CHEN C C, WANG Y R, MENG T T, et al. Electrically conductive polyacrylamide/carbon nanotube hydrogel: Reinforcing effect from cellulose nanofibers[J].Cellulose, 2019, 26(16): 8843-8851.

[39] HU K (胡魁), WANG Y Y (王映月), WANG H Y (王昊昱), et al.Preparation of high-strength low-temperature resistant nanocellulose/polyvinyl alcohol conductive composite hydrogel and its application in flexible sensing[J].Journal of Composite Materials (复合材料学报), 2023, 40(2): 1060-1070.

[40] HUANG F, WEI W, FAN Q T, et al. Super-stretchable and adhesive cellulose nanofiber-reinforced conductive nanocomposite hydrogel for wearable motion-monitoring sensor[J].Journal of Colloid and Interface Science, 2022, 615: 215-226.

[41] SUNEETHA M, SUN M O, MO C S, et al. Tissue-adhesive,stretchable, and self-healable hydrogels based on carboxymethyl cellulose-dopamine/PEDOT: PSS via mussel-inspired chemistry for bioelectronic applications[J].Chemical Engineering Journal, 2021,426: 130847.

[42] WEI X R, CHEN D J, ZHAO X L, et al. Underwater adhesive HPMC/SiW-PDMAEMA/Fe3+ hydrogel with self-healing,conductive, and reversible adhesive properties[J].ACS Applied Polymer Materials, 2021, 3(2): 837-846.

[43] SHAN C C, CHE M D, CHOLEWINSKI A, et al. Adhesive hydrogels tailored with cellulose nanofibers and ferric ions for highly sensitive strain sensors[J].Chemical Engineering Journal, 2022, 450:138256.

[44] HU Y, ZHANG M, QIN C R, et al. Transparent, conductive cellulose hydrogel for flexible sensor and triboelectric nanogenerator at subzero temperature[J].Carbohydrate Polymers, 2021, 265: 118078.

[45] WU X Z, PI W J, HU X X, et al. Heat-and freeze-tolerant organohydrogel with enhanced ionic conductivity over a wide temperature range for highly mechanoresponsive smart paint[J].Journal of Colloid and Interface Science, 2022, 608: 2158-2168.

[46] WANG S H (王思恒), YANG X X (杨欣欣), HUANG X J (黄旭娟),et al. Preparation of anti-freezing hydrogels and its application in flexible electronics[J].Fine Chemicals (精细化工), 2021, 38(6):1081-1091.

[47] ZHANG X F, MA X F, HOU T, et al. Inorganic salts induce thermally reversible and anti-freezing cellulose hydrogels[J].Angewandte Chemie International Edition, 2019, 58(22): 7366-7370.

[48] GE W J, CAO S, YANG Y, et al. Nanocellulose/LiCl systems enable conductive and stretchable electrolyte hydrogels with tolerance to dehydration and extreme cold conditions[J].Chemical Engineering Journal, 2021, 408: 127306.

[49] WANG Y, ZHANG L N, LU A.Transparent, antifreezing, ionic conductive cellulose hydrogel with stable sensitivity at subzero temperature[J].ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11(44):41710-41716.

[50] SHE X H (佘小红), DU J (杜娟), ZHU W L (朱雯莉).Preparation and properties of strong polyaniline-polyacrylic acid/polyacrylamide conductive hydrogel[J].Acta Materiae Compositae Sinica (复合材料学报), 2021, 38(4): 1223-1230.

[51] CHEN Z, LIU J, CHEN Y J, et al. Multiple-stimuli-responsive and cellulose conductive ionic hydrogel for smart wearable devices and thermal actuators[J].ACS Applied Materials & Interfaces, 2021,13(1): 1353-1366.

[52] QIU Y J (邱艺娟), LIN J W (林佳伟), QIN J R (秦济锐), et al.Double dynamic covalent bond crosslinked nano-cellulose conductive hydrogel for a flexible sensor[J].Chemical Industry and Engineering Progress (化工进展), 2022, 41(8): 4406-4416.

[53] CHENG Y P, ZANG J J, ZHAO X, et al. Nanocellulose-enhanced organohydrogel with high-strength, conductivity, and anti-freezing properties for wearable strain sensors[J].Carbohydrate Polymers,2022, 277: 118872.

[54] FU H C, WANG B, LI J P, et al. A self-healing, recyclable and conductive gelatin/nanofibrillated cellulose/Fe3+ hydrogel based on multi-dynamic interactions for a multifunctional strain sensor[J].Materials Horizons, 2022, 9(5): 1412-1421.

[55] LU C Y, QIU J H, SUN M X, et al. Simple preparation of carboxymethyl cellulose-based ionic conductive hydrogels for highly sensitive, stable and durable sensors[J].Cellulose, 2021, 28(7):4253-4265.

[56] YIN H X, LI S, XIE H L, et al. Construction of polydopamine reduced graphene oxide/sodium carboxymethyl cellulose/polyacrylamide double network conductive hydrogel with high stretchable, pH-sensitive and strain-sensing properties[J].Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2022,642: 128428.

[57] YU J, FENG Y F, SUN D, et al. Highly conductive and mechanically robust cellulose nanocomposite hydrogels with antifreezing and antidehydration performances for flexible humidity sensors[J].ACS Applied Materials & Interfaces, 2022, 14(8): 10886-10897.

[58] WANG Q H, PAN X F, GUO J J, et al. Lignin and cellulose derivatives-induced hydrogel with asymmetrical adhesion, strength,and electriferous properties for wearable bioelectrodes and selfpowered sensors[J].Chemical Engineering Journal, 2021, 414: 128903.

[59] HAN J Q, WANG H X, YUE Y Y, et al. A self-healable and highly flexible supercapacitor integrated by dynamically cross-linked electro-conductive hydrogels based on nanocellulose-templated carbon nanotubes embedded in a viscoelastic polymer network[J].Carbon, 2019, 149: 1-18.

[60] TRUONG D H, DAM M S, BUJNA E, et al. In situ fabrication of electrically conducting bacterial cellulose-polyaniline-titanium-dioxide composites with the immobilization of Shewanella xiamenensis and its application as bioanode in microbial fuel cell[J].Fuel, 2021, 285:119259.

[61] WANG Y Y, WEN Q, CHEN Y, et al. Conductive polypyrrolecarboxymethyl cellulose-titanium nitride/carbon brush hydrogels as bioanodes for enhanced energy output in microbial fuel cells[J].Energy, 2020, 204: 117942.

[62] WU Y, SUN S M, GENG A B, et al. Using TEMPO-oxidizednanocellulose stabilized carbon nanotubes to make pigskin hydrogel conductive as flexible sensor and supercapacitor electrode: Inspired from a chinese cuisine[J].Composites Science and Technology,2020, 196: 108226.

[63] SABORÍO M G, SVELIC P, CASANOVAS J, et al. Hydrogels for flexible and compressible free standing cellulose supercapacitors[J].European Polymer Journal, 2019, 118: 347-357.

[64] KE S Q, WANG Z Q, ZHANG K, et al. Flexible conductive cellulose network-based composite hydrogel for multifunctional supercapacitors[J].Polymers, 2020, 12(6): 1369.

[65] WANG F Y, DU H W, LIU Y L, et al. Elastic polypyrrole hydrogels reinforced by TEMPO-oxidized cellulose for supercapacitors[J].Synthetic Metals, 2021, 282: 116952.

[66] WAN H X, QIN C, LU A.A flexible, robust cellulose/phytic acid/polyaniline hydrogel for all-in-one supercapacitors and strain sensors[J].Journal of Materials Chemistry A, 2022, 10(33):17279-17287.

[67] QUAN Y H, ZHOU W J, WU T, et al. Sorbitol-modified cellulose hydrogel electrolyte derived from wheat straws towards highperformance environmentally adaptive flexible zinc-ion batteries[J].Chemical Engineering Journal, 2022, 446: 137056.

[68] MA L T, CHEN S M, WANG D H, et al. Super-stretchable zinc air batteries based on an alkaline-tolerant dual-network hydrogel electrolyte[J].Energy Weekly News, 2019, 12(9): 1803046.

[69] SUN Z Z, YANG L, ZHAO J T, et al. Natural cellulose-fullhydrogels bioinspired electroactive artificial muscles: Highly conductive ionic transportation channels and ultrafast electromechanical response[J].Journal of the Electrochemical Society, 2020, 167(4): 47515.

[70] XU D F, FAN L, GAO L F, et al. Micro-nanostructured polyaniline assembled in cellulose matrix via interfacial polymerization for applications in nerve regeneration[J].ACS Applied Materials &Interfaces, 2016, 8(27): 17090-17097.

[71] DENG P P, CHEN F X, ZHANG H D, et al. Conductive,self-healing, adhesive, and antibacterial hydrogels based on lignin/cellulose for rapid MRSA-infected wound repairing[J].ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13(44): 52333-52345.

[72] LIN F C, ZHENG R T, CHEN J W, et al. Microfibrillated cellulose enhancement to mechanical and conductive properties of biocompatible hydrogels[J].Carbohydrate Polymers, 2019, 205:244-254.

[73] QIN T, LIAO W C, YU L, et al. Recent progress in conductive self-healing hydrogels for flexible sensors[J].Journal of Polymer Science, 2022, 60(18): 2607-2634.

[74] YANG Y Y, XU L F, WANG J F, et al. Recent advances in polysaccharide-based self-healing hydrogels for biomedical applications[J].Carbohydrate Polymers, 2022, 283: 119161.