image: CCNFs稳定的LM乳液（上）和水分散的LM乳液（下）外观；LM液滴的SEM图（上中）；拉伸的水凝胶（上右）、各种形状和粘附砝码与乳胶手套的水凝胶（下左）；乳化LM时，加入不同CCNFs和LM的水凝胶的应力-应变曲线 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《中国科学：材料科学》杂志在线发表了齐鲁工业大学（山东科学院）刘温霞教授领导的科研团队关于液态金属水凝胶的最新研究进展。硕士生武世豪和王炳艳进行了实验并收集了数据。
该研究团队使用富含季铵盐基团的阳离子纤维素纳米纤维（CCNFs）通过Pickering乳液途径来包覆液态金属（LM）液滴。CCNFs与LM液滴的表面氧化层羟基产生强静电吸引作用和离子-偶极子作用，使得CCNFs强烈地吸附在LM液滴表面形成包覆层，为LM液滴提供机械屏障以防止LM液滴聚结和沉淀。CCNFs包覆的LM液滴通过引发丙烯酸单体（AA）在室温下的自由基聚合，及通过与AA反应形成Ga3+和Ga3+进一步引起所形成的聚丙烯酸（PAA）分子之间的离子交联，形成了基于LM液滴的导电水凝胶CCNF-LM-PAA。其中，LM液滴、Ga3+、H+和-COO-都为水凝胶提供了导电性。CCNFs与LM液滴通过氢键、静电吸引作用和离子-偶极子等可逆键合作为形成硬网络，PAA通过离子交联和氢键作用形成的软网络，两者共同提高了导电水凝胶的机械性能。另外，由于双网络都采用了可逆的交联方式，赋予了水凝胶良好的可塑性、自黏附性能和快速自愈合性能（见下图）。
研究人员探索了复合水凝胶作为应变传感器传感材料的传感性能和在可穿戴电子设备上的应用。作为应变传感材料，CCNF-LM-PAA水凝胶表现出卓越的传感灵敏度（GF = 16.2）、低应变检测极限（小于1%）、短响应/恢复时间（107/91ms）以及良好的重复性和耐久性。优异的传感性能、自粘性和自愈能力也使基于CCNF-LM-PAA水凝胶的应变传感器能够直接粘附到人体的不同部位，用于监测各种人类活动（见下图）。
LM乳液的良好稳定性和与凝胶的相容性对LM均匀分布于凝胶中及制备高灵敏度凝胶非常关键，CCNFs为LM液滴提供了稳定的机械屏障，并提高了LM与PAA的相容性，使得LM液滴稳定、均匀地分布在凝胶中。因此，利用LM, CCNFs和PAA联合，通过Pickering乳液的途径制备导电水凝胶，使得水凝胶获得了卓越传感性能。
研究详情请见原文：
Highly sensitive and self-healing conductive hydrogels fabricated from cationic cellulose nanofiber-dispersed liquid metal for strain sensors
https://doi.org/10.1007/s40843-022-2328-8
Journal
Science China Materials