在可穿戴技術(shù)迅猛發(fā)展的浪潮中，導(dǎo)電水凝膠作為可穿戴設(shè)備的核心材料，其性能直接決定著信號的靈敏度與可靠性。導(dǎo)電水凝膠需要長期貼合人體皮膚并隨身體運動發(fā)生反復(fù)形變，若材料缺乏足夠的拉伸強度或韌性，則可能導(dǎo)致傳感器信號不穩(wěn)定甚至失效。因此，同時實現(xiàn)高拉伸強度和高韌性對于提升導(dǎo)電水凝膠的實際應(yīng)用價值至關(guān)重要。然而，導(dǎo)電水凝膠往往難以同時具備高拉伸強度和高韌性，這一矛盾嚴(yán)重限制了其循環(huán)穩(wěn)定性和機械耐用性的提升。盡管通過引入非共價相互作用可在一定程度上改善其性能，但如何實現(xiàn)強度與韌性的協(xié)同增強仍是一個重大挑戰(zhàn)。
河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院能源催化材料研究團(tuán)隊在柔性可穿戴材料領(lǐng)域研究中取得進(jìn)展。面對水凝膠強度、韌性和導(dǎo)電性難以同步增強的難題，團(tuán)隊創(chuàng)新性地將聚丙烯酰胺（PAAm）穿入于共價有機框架（COFs）孔道中，形成獨特的“分子間機械互鎖結(jié)構(gòu)”。COFs的多孔結(jié)構(gòu)與PAAm分子鏈緊密咬合，在拉伸過程中實現(xiàn)多尺度能量耗散，同步提升拉伸強度與韌性，破解“強度-韌性”兼容難題。聚合物與COFs之間形成的機械互鎖結(jié)構(gòu)促進(jìn)了水凝膠在拉伸過程中的能量耗散，同步提升了拉伸強度和韌性。COFs的規(guī)則孔道為鋰離子傳輸搭建通道，PAAm分子鏈上的羰基與鋰離子協(xié)同作用，大幅提升水凝膠導(dǎo)電性能，確保傳感器信號傳輸精準(zhǔn)、穩(wěn)定。COF/PAAm水凝膠展現(xiàn)出超高靈敏度、快速響應(yīng)時間及超長循環(huán)穩(wěn)定性。可貼合人體任意部位，精準(zhǔn)捕捉人體細(xì)微動作與生理信號，適用于復(fù)雜環(huán)境下的長期健康監(jiān)測。
該研究不僅為開發(fā)基于COFs的可穿戴傳感器，實現(xiàn)人體健康的無創(chuàng)監(jiān)測開辟了一條新的途徑，而且為智能柔性電子器件在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一種新方案。
相關(guān)成果以“Robust Hydrogel Sensors Induced by Intermolecular Mechanical Interlocking of Covalent Organic Frameworks for Non-Invasive Health Monitoring”為題發(fā)表在Advanced Materials上（ Adv. Mater. 2025, e20271.），王瑞虎研究員為論文通訊作者，博士后王丹為論文第一作者。
全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202420271
文圖/王瑞虎 王丹 審核/李敬德
