由亚纳米线增强的坚固PVA水凝胶，用于实现信息传输的多模态可穿戴传感器

摘要

尽管水凝胶在柔性电子设备和可穿戴传感器方面具有巨大潜力，但在持续受力情况下，其机械强度往往不足。本研究旨在通过将钙-多金属氧酸盐亚纳米线（Ca-POM SNWs）整合到聚乙烯醇（PVA）基质中，开发出一种新型纳米复合水凝胶系统，以克服这一限制。利用H₂O/乙二醇（EG）二元溶剂，该水凝胶实现了Ca-POM SNWs的均匀分散，从而通过两种增强机制提升了机械性能：一种是利用聚合物仿生柔韧性来分散应力；另一种是通过疏水配体诱导的链排列来提高结晶度。所得到的PVA/Ca-POM水凝胶表现出优异的性能，包括断裂应力提高了2.4倍（达到0.85 MPa），韧性增强了3.8倍（达到2.76 MJ m⁻³），以及高离子导电性（达到3.6 S m⁻¹）。作为应变传感器，其灵敏度系数为2.56，响应速度快，能够精确检测到大范围的关节运动和微弱的生理振动。一个莫尔斯电码通信系统的原型进一步展示了其在辅助医疗技术中的潜力，有助于残疾患者与临床医生之间实现无障碍的实时沟通。这项工作突显了无机-有机界面兼容性的重大突破，为下一代可穿戴技术和极端环境应用提供了一个多功能平台。其创新的设计原理和多功能性能凸显了其在推动软材料工程发展中的重要性。

此图片的替代文本可能是由AI生成的。

尽管水凝胶在柔性电子设备和可穿戴传感器方面具有巨大潜力，但在持续受力情况下，其机械强度往往不足。本研究旨在通过将钙-多金属氧酸盐亚纳米线（Ca-POM SNWs）整合到聚乙烯醇（PVA）基质中，开发出一种新型纳米复合水凝胶系统，以克服这一限制。利用H₂O/乙二醇（EG）二元溶剂，该水凝胶实现了Ca-POM SNWs的均匀分散，从而通过两种增强机制提升了机械性能：一种是利用聚合物仿生柔韧性来分散应力；另一种是通过疏水配体诱导的链排列来提高结晶度。所得到的PVA/Ca-POM水凝胶表现出优异的性能，包括断裂应力提高了2.4倍（达到0.85 MPa），韧性增强了3.8倍（达到2.76 MJ m⁻³），以及高离子导电性（达到3.6 S m⁻¹）。作为应变传感器，其灵敏度系数为2.56，响应速度快，能够精确检测到大范围的关节运动和微弱的生理振动。一个莫尔斯电码通信系统的原型进一步展示了其在辅助医疗技术中的潜力，有助于残疾患者与临床医生之间实现无障碍的实时沟通。这项工作突显了无机-有机界面兼容性的重大突破，为下一代可穿戴技术和极端环境应用提供了一个多功能平台。其创新的设计原理和多功能性能凸显了其在推动软材料工程发展中的重要性。

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