功能皮肤是一种具有可编程响应性的功能材料层，可紧密贴附或“生长”于目标表面形成一体化系统。以硅胶、水凝胶等为代表的软材料，因其低模量、轻质等特性，已成为功能皮肤的常用选材并推动了在软体机器人、柔性电子、热管理及仿生设计等领域的应用。然而，当目标基底具有不规则的几何形状、复杂的表面微结构以及动态变形等特点时，功能皮肤的部署及长期的保形贴合依然存在挑战。
传统功能皮肤的部署主要有两种方式：一是粘附预制的薄膜或粘弹性材料，二是沉积液体前驱体并原位固化。预制薄膜虽可用于平面或可展曲面，但在复杂曲面上受固有拓扑限制难以实现无缝接触；粘弹性材料虽可通过柔软形变贴附曲面，但其体积笨重的特点易掩盖基底微特征。相比之下，液体前驱体可通过浸涂、喷涂、刷涂或打印等方式实现共形覆盖，但依然面临操作性与成型质量间的权衡：低粘度前驱体易加工但成型能力弱，高粘度前驱体可实现稳定沉积却依赖复杂的定制配方与繁琐的工艺流程。此外，固化与后处理步骤也延长了制备时间并限制了实际应用。因此，亟需发展一种快速、简便且高效的新型制备策略。
2026年1月24日，浙江大学交叉力学中心杨栩旭研究员、李铁风教授和复旦大学梅时良研究员合作共同在Advanced Functional Materials期刊以Spraying Conformal Hydrogel Skins as Functional Platform为题报道了一种新型的多功能水凝胶皮肤制备技术。团队在此前凝胶干粉的研究基础上（Military Med Res 10, 15 (2023)；Small 21, 2408780 (2025)；Natl. Sci. Rev. 12, nwaf042 (2025)）巧妙地将各种功能组分（包括磁性颗粒，变色颗粒以及荧光量子点）均匀嵌入到凝胶干粉中。通过一步喷涂方法将功能化的凝胶干粉沉积到任意几何形状的基底上，不受表面拓扑和材料种类的影响。随后的重新水化会促使粉末快速愈合形成一张高度适形的功能性水凝胶皮肤，无需额外的固化过程。该策略结合了卓越的粉末储存稳定性和喷涂部署便捷性，且最终形成的功能性水凝胶皮肤具有出色的适形性、连续性、均匀性和厚度可控性。论文共同第一作者是浙江大学航空航天学院交叉力学中心博士生袁辉和沈毅锋。该研究得到国家自然科学基金委的支持。
图1.凝胶干粉喷涂策略用于部署适形多功能水凝胶皮肤。
图2.磁性水凝胶皮肤的喷涂制备。
部署的磁性水凝胶皮肤坚固耐用，能够承受扭曲、弯曲、折叠和拉伸而不出现破损，分层或界面滑移。通过180度撕裂测试测量了磁性水凝胶皮肤的断裂韧性，33w%NdFeB@SiO2颗粒负载下断裂韧性超过800 J/m2,60wt%负载下超过500 J/m2。此外，通过90度剥离测试测量了磁性水凝胶皮肤的在各种柔软和刚性材料上的界面韧性。测试过程中所有样品均表现出内聚破坏和高界面韧性：PDMS>480 J/m2，橡胶>590 J/m2，塑料>570 J/m2，木材、陶瓷、钢铁>600 J/m2，玻璃>690 J/m2。
图3.磁性水凝胶皮肤的机械性能。
这些适形贴合的磁性水凝胶皮肤能够将静态物体转变为软体机器人，同时完美保留其原始形态和微观结构特征。作为代表性的演示，作者将磁性水凝胶皮肤喷涂在弹性体薄膜、枫叶或液态金属球上，随后进行取向磁化。这些软机器人在由亥姆霍兹线圈或永磁体控制时，展示出了振翅、抓取和运动能力，同时具备治疗性操作功能。
图4.适形磁性水凝胶皮肤覆盖的软体机器人展示。
此外，作者还开发了热致变色和荧光水凝胶皮肤。这些功能分别通过商业热致变色颗粒和AgInGaS/ZnS量子点实现。通过组合设计，作者将这两种仿生功能整合到磁性软机器人中，使其能够模拟自适应的着色和荧光行为。
图5.软体机器人的着色和荧光。
总结而言，本工作开发了一种基于凝胶干粉的喷涂策略能够快速便捷地制造功能性水凝胶皮肤。与使用预制薄膜或粘弹性材料的传统方法不同，通过喷涂高精度地沉积微米级粉末可以完美贴合基底表面形状，同时保持原始尺寸和微观结构特征。与基于液体前驱体的技术相比，凝胶干粉喷涂仅需一个喷雾步骤即可触发瞬间水化愈合，从而省去了耗时的固化过程。该水凝胶皮肤平台未来在软机器人、贴合能量储存装置、表皮电子学、仿生显示和先进生物医学系统等场景中具有广阔的应用潜力。
链接地址：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202527145
