在各种类型的传统导电材料中，离子导电水凝胶成为最具前途的柔性材料，因为它具有与天然软组织高度相似性、对皮肤和肌肉等器官的良好机械适应性、良好的离子导电性、出色的可伸展性。目前，对于离子导电水凝胶的研究在于改善其透明性、电感应灵敏性、抗冻性、机械性能等。然而，对这些性能的应用往往是单一的，并且在动态视觉显示和可穿戴材料领域所需的多功能性经常被研究人员忽视。离子导电水凝胶凭借其高透明度就可以初步赋予其可视化的光敏响应性，与其他复杂光敏性材料相比，这是一种简单有效的方法。在紫外光的控制下，具有光致变色行为的水凝胶可以变色。然而在许多报道中，透明水凝胶仅仅有光学相关的应用，并未应用的柔性应变传感器中。很少有报道同时整合离子导电水凝胶的光敏响应性和应变响应特性的系统。

  针对上述问题，嘉兴学院材料与纺织工程学院李义/姜旸团队创新地提出了一种对紫外光/应变具有双重响应的水凝胶，可以作为可穿戴设备的同时对不同户外环境的紫外线强度做出不同的响应（水凝胶被不同光照强度的紫外线照射后可以展现的颜色程度不同）。 他们通过“一锅法”制造了基于聚乙烯醇（PVA）、明胶（GEL）、甘油（GL）、钼酸铵（Mo₇）、苄基三甲基氢氧化铵（Benzyl trimethylammonium hydroxide solution）的多功能特性的双响应离子导电水凝胶（PGG）。该水凝胶具有良好的机械性能，优越的抗冻性和动态视觉显示功能，更吸引人的是PGG水凝胶拥有对紫外光和应变双重响应。他们制备的导电水凝胶通过引入廉价、稳定的Mo₇光致变色单元赋予了PGG水凝胶高度敏感的光致变色能力，具有快速反应时间（10秒）、高透过率和高分辨率。在紫外光的照射下，PGG水凝胶逐渐变色。移除紫外光后，PGG水凝胶可以在一定周期和O₂气氛内恢复到透明状态。PGG水凝胶也可以通过适应不同的应变表现出良好的机械性能，并通过相对电阻变化来传递信息。PGG水凝胶拥有多重响应性能，可以作为交互式可穿戴离子电子器件，实时响应各种人体运动和紫外光照变化。并且可以在-50℃和85℃下保持良好的弹性（仍可以进行应变传感）。该研究成果发表在国际重要刊物《ACS Applied Materials & Interfaces》上。(Dual-Stimuli-Responsive and Anti-Freezing Conductive Ionic Hydrogels for Smart Wearable Devices and Optical Display Devices. 2023, DOI: 10.1021/acsami.3c03920)。该研究得到了浙江省自然科学基金，嘉兴市科技局公益项目和国家自然科学基金等基金的资助和支持。

方案1. 光变色水凝胶的结构和形成机制。

图1. (a和b) 水凝胶样品的FT-IR光谱。(c) 不同溶剂比的PGG水凝胶的透射率。(d) 不同溶剂比的PGG水凝胶的透明度展示。

图2. (a) 不同溶剂比例的PGG水凝胶的DSC测量。(b) 在-20℃下弯曲的水凝胶。

图3. (a) PGG-Mo7水凝胶的可见光透过率。(b) PGG-Mo₇水凝胶的可见光吸收率。(VI：初始状态，V：还原状态）。(c) 水凝胶在不同时间内被紫外线照射的可见光吸收率。(d) 用紫外光照射不同时间的水凝胶的图像，在照射熊后被紫外光照射变色。

图4. (a) 不同浸泡时间的PGG水凝胶在不同紫外线照射后的照片。(b) 利用紫外光在PGG-Mo₇水凝胶上的可重写成像过程。蓝色区域表示用紫外光照射后显示的图案（紫外光照射时间T=30s，紫外光照射强度I=100%）。

图5. PVA水凝胶照片打印的示意图。

图6. (a)和(b) PGG水凝胶传感器分别对重复的小应变（5%、10%、20%、50%）和大应变（100%）的实时反应。(c) PGG水凝胶传感器对50%恒定应变的50个拉伸循环的抗疲劳灵敏度。连接在不同身体关节上的PGN传感器的实时相对电阻变化：（d）膝关节和（e）手指关节。(f) 混合水凝胶对人体微小运动的相对阻力变化。

图7. (a) 水凝胶在室内和室外的照片（在上午9点、12点和下午5点暴露在阳光下1分钟）。(b) 一天中不同时间的紫外线指数。(c)(d)(e) 水凝胶在不同时间段10分钟内褪色的照片。

  原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c03920