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  在極端低溫條件下，死海的水體依然保持流動性，這一現象被稱為“死海效應”。受此啟發，大連理工大學董旭峰教授團隊開發了一種多重交聯網絡離子導電水凝膠，通過模擬無機鹽與高分子鏈的協同作用，解決了傳統水凝膠在機械強度、低溫脆性和抗菌性上的瓶頸。這種水凝膠不僅拉伸強度高達8.93 MPa，還能在-30°C下保持柔韌，并可實時監測人體運動信號。該工作以“Super Tough Anti-freezing and Antibacterial Hydrogel with Multi-crosslinked Network for Flexible Strain Sensor”為題發表在《SMALL》上（Small, 2024, 2407870）。大連理工大學碩士生劉慧敏、博士生關世強以及王鵬偉副教授為論文的共同作者。

設計核心：氫鍵+金屬配位，打造“鋼筋鐵骨”網絡

1. 靈感來源：死海效應的科學延伸

• 氫鍵網絡：PA的12個羥基（-OH）與聚乙烯醇（PVA）鏈形成密集氫鍵，如同“分子間的握手”，增強韌性。
• 金屬配位鍵：Ca2?與海藻酸鈉（SA）的羧基（-COO?）結合，形成高強度交聯點，賦予水凝膠“鋼筋骨架”。

2. 甘油協同抗凍：鎖住自由水，低溫不“罷工”

圖1 多重交聯PSP-CG水凝膠機理圖

性能亮點：強韌、抗凍、抗菌“全能選手”

1.機械性能：能“扛”能“打”，循環6000次不疲勞

• 拉伸強度8.93 MPa，斷裂伸長率859.93%，韌性達39.92 MJ/m3（圖2）。
• 6000次加載-卸載循環后，能量耗散穩定，抗疲勞性媲美工程材料。

圖2 PSP-CG水凝膠的機械特性

2.抗凍性能：-30°C仍可彎折拉伸

圖3 PSP-CG水凝膠再低溫環境下的機械特性

• CaCl?破壞細菌細胞膜電位，PA螯合金屬離子抑制代謝（圖4）。
• 對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別達36.64%和59.73%，長期存放無霉變。

圖4 PSP-CG水凝膠的抗菌性

4. 高靈敏度應變傳感：響應時間僅126 ms

圖5 PSP-CG水凝膠對人體不同部位的運動信號檢測

應用前景：柔性電子的“全能載體”

  1.可穿戴設備：貼合皮膚監測心率、呼吸等生理信號。

  2.軟體機器人：低溫環境下穩定驅動的“人工肌肉”。

  3.醫療傳感：抗菌特性降低感染風險，適用于傷口敷料。

  4.極端環境探測：極地科考或深海設備的柔性傳感器。

  該研究通過仿生設計與多交聯網絡創新，成功突破水凝膠的性能邊界。未來，團隊計劃進一步優化導電性與響應速度，探索其在智能醫療、人機交互等領域的深度應用。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202407870