许建雄教授课题组《Nano Energy》：近红外光诱导的快速自愈水凝胶在传感中的多功能应用
随着可穿戴设备和健康监测技术的发展，对于高性能的柔性导电水凝胶的需求日益增长。这些水凝胶在电子皮肤、能量存储设备、无线传感器等领域展现出广泛的应用前景。然而，传统水凝胶通常机械强度较差，且在实际应用中容易受到应力损伤，这严重限制了它们的使用寿命和可靠性。因此，开发具有快速自愈合特性和高机械强度的导电水凝胶成为了一个挑战。此外，自愈合过程通常需要较长时间，且愈合后的水凝胶性能往往无法完全恢复，这进一步限制了它们的实际应用。针对这一难题，湖南工业大学的许建雄团队开发一种新型的近红外光诱导的快速自愈合双网络导电水凝胶，通过引入硫化锑纳米棒作为光热转换材料，实现在近红外光照射下的快速自愈合。研究团队希望通过这种新型水凝胶，解决现有水凝胶在机械性能、自愈合能力以及导电性方面的局限性，从而为可穿戴设备、健康监测和能量收集应用提供一种高性能、耐用且具有自我修复能力的柔性传感材料。相关成果“NIR light-induced rapid self-healing hydrogel toward multifunctional applications in sensing”发表在2023年3月的Nano Energy《纳米能源》期刊上。论文通讯作者是许建雄教授和余茂林讲师，第一作者是许利剑教授。
要设计并制备一种近红外光响应快速自愈合水凝胶不仅需要具备出色的机械性能和高导电性，以满足作为可穿戴设备和健康监测传感器的需求，还要实现在不损伤其他区域的情况下快速自愈合的能力。该工作首次将无机硫化锑纳米棒作为光热剂引入到水凝胶体系中，通过近红外光触发的热效应促进水凝胶的自愈合过程，同时利用聚吡咯和多巴胺的修饰增强了水凝胶的导电性和与基底的粘附性，从而开发出一种多功能、高灵敏度、并且能够在严苛环境下稳定工作的自愈合水凝胶材料。
SPOH凝胶的设计策略和制备过程示意图。
采取了一种经典的双网络结构设计策略，通过精心设计的合成路线，将Sb2S3@PPy-DA纳米复合材料与PVA/PHEAA基质结合，形成了目标SPOH凝胶。这种水凝胶在近红外光照射下能够快速自愈合，且不影响未受损区域的性能。此外，Sb2S3@PPy-DA的引入不仅增强了水凝胶的机械性能，还提高了其导电性，从而增强了传感灵敏度。这项工作通过开发一种近红外光诱导的快速自愈合水凝胶，为制造高性能、耐用且具有自修复能力的柔性电子设备和可穿戴传感器提供了一种创新的材料解决方案，推动了智能穿戴技术和健康监测设备的发展。
该工作得到了国家自然科学基金（Nos.51874129和52174247）、湖南省自然科学基金（Nos.2021JJ40178、2021JJ30212和2022JJ50061）、湖南省教育厅科学研究基金（Nos.20B169和21C0405）以及湖南省研究生科研创新项目（No.CX20211077）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.108119
