智能功能填料可以显着增强离子水凝胶的综合性能，例如机械性能，这是水凝胶在可穿戴传感器应用中的关键特性。作为一种源自植物的天然聚合物，半纤维素可作为智能功能性填料。最近，科研人员通过单宁酸修饰的半纤维素纳米粒子（ TA@HC）和 Fe 3+ 用于制备 PAA/TA@HC/Fe 3+ 水凝胶。在过硫酸钠 (SPS) 和丙烯酸 (AA) 聚合体系中添加 TA@HC 和 Fe 3+ 后， 在室温下可在短时间内（短至 30 秒）完成快速凝胶化过程。富含儿茶酚的 TA 和 Fe 3+ 体系允许 SPS 快速活化产生自由基，在短时间内产生 大量羟基，这是快速凝胶化的原因。 此外，由于 TA@HC 效应和动态儿茶酚 (TA)-Fe 3+ 氧化还原体系，PAA/TA@HC/Fe 3+ 水凝胶表现出优异的机械性能，具有极高的应变（高达 5600%）、粘附性、快速和高效的自修复能力，以及在各种基材上的可重复自粘力。更重要的是，通过选择性地涂覆上水凝胶表面的Fe 3+ ，使上表面不具有粘性，从而制备出上下表面具有不同粘附性的相同水凝胶，制备了非对称粘性PAA/TA@HC/Fe 3+ 水凝胶。不对称的粘性水凝胶设计使粘性面能够舒适地贴合皮肤，非粘性面对各种不同的污染物 材料具有抗干扰性，可准确地用作压力传感器。

图 1. (a-d) 与 Fe 3+ 相关的不同形式的配位和氢键。(e) 快速聚合形成 PAA/TA@HC/Fe 3+ 水凝胶的示意图也显示出水凝胶的高透明度。(f) Fe 3+ /Fe 2+ 和氢醌/醌氧化还原循环，产生更多负责快速聚合过程的羟基自由基。

图 3. (a) 不同拉伸度的水凝胶照片。(b) 不同 TA@HC 含量 (0.5 wt% Fe 3+ ) 对水凝胶形成的影响。(c) 不同 Fe 3+ 含量（3 wt% TA@HC）对水凝胶形成的影响。(d) 不同 Fe 3+ 含量 (3 wt% TA@HC) 水凝胶的拉伸应变-应力曲线和 (g) 不同 TA@HC 含量 (0.5 wt% Fe 3+ ) 水凝胶的拉伸应变-应力曲线。(e, f, h, i)不同Fe3+和TA@HC含量水凝胶的拉伸强度和韧性。

图 4. (a) PAA/TA@HC/Fe 3+ 水凝胶自愈行为示意图。(b) PAA/TA@HC/Fe 3+ 水凝胶分别与猪皮、塑料和纸的粘合强度。(c) 水凝胶与不同材料的粘附实验图片。

图 5. (a) 用于监测手腕弯曲的 PAA/TA@HC/Fe 3+ 水凝胶应变传感器。(b) 通过弯曲食指（0、30、60 和 90°），弯曲角度随时间变化的相对电阻变化。(c) 用于监测肩部的 PAA/TA@HC/Fe 3+ 水凝胶应变传感器。(d) 来自 PAA/TA@HC/Fe 3+ 水凝胶涂层织物应变传感器的心电图信号。

图 6. （a 和 c）记录的 PAA/TA@HC/Fe 3+ 水凝胶经过或不经过 Fe 3+ 处理的压力传感器信号。(b) 使用不对称粘性水凝胶的压力传感组件的机理图。

相关论文以题为 Preparation of Hemicellulose Nanoparticle-Containing Ionic Hydrogels with High Strength, Self-Healing, and UV Resistance and Their Applications as Strain Sensors and Asymmetric Pressure Sensors 发表在 《B iomacromolecules 》上。通讯作者 是 福建农林大学 Chenglong Fu 、 倪永浩教授 , 胡会超 副教授 。

参考文献：

doi.org/10.1021/acs.biomac.1c01640

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