一种基于聚乙烯醇/深共晶溶剂/改性银纳米线的复合水凝胶，具有自修复、传感、高导电性和电磁干扰屏蔽性能

《Polymer》：A composite hydrogel based on polyvinyl alcohol/deep eutectic solvent/modified silver nanowires with self-healing, sensing, high conductivity and electromagnetic interference shielding properties

通过将深共熔溶剂（DES）、表面修饰羟基的银纳米线（M-AgNWs）与聚乙烯醇（PVA）复合，制备出兼具高强度（0.48 MPa）、优异电磁屏蔽效能（80.59 dB）和自愈能力的多功能水凝胶。DES的氢键网络和导电性显著提升基体性能，M-AgNWs的疏水-羟基表面修饰实现均匀分散，硼酸交联赋予材料自愈特性。该水凝胶电磁波衰减率达99.999999%，且具备柔性可穿戴传感潜力，为新一代电磁屏蔽材料开发提供新思路。

　　随着电子设备的快速发展和频繁更新，电磁干扰（EMI）对工业生产和日常生活的影响日益加深。作为一种具有广阔应用前景的材料，基于水凝胶的EMI屏蔽材料正逐渐受到关注。然而，传统的单一性能水凝胶往往难以满足实际应用中的多功能需求。因此，研究人员开发了一种由深共熔溶剂（DES）、修饰过的银纳米线（M-AgNWs）和聚乙烯醇（PVA）组成的多功能水凝胶材料。在这些成分中，DES因其丰富的氢键和出色的电导率，相较于离子液体表现出更强的性能，能够有效提升水凝胶的电导率和机械性能。合成的AgNWs具有极高的长径比（L/D比为1194），通过引入双（2-羟乙基）二硫化物修饰，使其表面具备羟基，从而改善其在PVA中的分散性。随后，通过硼砂进行交联，形成硼酸酯键和氢键，赋予水凝胶自修复能力。加入0.1 wt%的M-AgNWs后，水凝胶的拉伸强度达到0.48 MPa，断裂伸长率为344%，在常温下自修复后可恢复至原始强度的75%。此外，该水凝胶的电导率可达到3.937 S/m，EMI屏蔽效能（SE）为80.59 dB，并实现了对入射电磁波（EMW）高达99.999999%的衰减。同时，所制备的水凝胶还显示出作为可穿戴、柔性身体传感器的潜力。这项研究为制备具有高柔韧性和高强度的多功能水凝胶提供了有价值的参考。

近年来，5G技术、人工智能（AI）、新能源汽车、智能家居和物联网（IoT）的指数级增长，深刻改变了人类的生活方式，不仅重塑了日常生活的模式，也显著提升了生活质量指标。然而，电子设备的广泛应用也带来了越来越多的非故意电磁干扰（EMI）发射。这些干扰不仅会破坏相邻电子系统的正常运行，导致性能下降和功能故障，还可能对人体健康构成潜在威胁，包括头痛、失眠、易怒和抑郁等状况的增加。因此，开发具有广泛屏蔽效果的高性能EMI屏蔽材料变得至关重要，以确保电子设备的可靠性并保护公众健康。

随着柔性电子技术的 rapidly 发展，高性能EMI屏蔽材料越来越需要具备良好的柔韧性、可拉伸性和强大的机械耐久性。与传统的泡沫和气凝胶材料相比，这些材料通常存在固有的脆性和易碎性，限制了其在动态环境中的应用。相比之下，水凝胶由于其结构的可塑性和多功能性，展现出独特的优势。水凝胶由三维亲水性聚合物网络组成，能够包裹大量水分，形成分层多孔结构。这种结构使得水凝胶具有优异的柔韧性、弹性和可拉伸性，使其在机械变形下仍能保持完整性。此外，水凝胶的复杂多孔网络能够实现电磁波的多次反射，而基质中的偶极水分子则通过极化损耗机制有效耗散入射的电磁能量。综上所述，这些特性使得水凝胶成为下一代EMI屏蔽材料的有力候选者。

深共熔溶剂（DES）由氢键供体（HBD）和氢键受体（HBA）组成，是一类具有离子液体（ILs）类似物理化学性质的绿色溶剂。尽管离子液体在材料科学中被广泛应用，但其固有的毒性和高昂的生产成本限制了其实际应用。相比之下，DES由于其良好的生物相容性、成本效益、低毒性和固有的电导率，成为一种可持续的替代方案。Wang等人利用由胆碱氯化物（ChCl）和甘油组成的DES诱导PVA发生微相分离。形成的晶态区域作为凝胶基质中的物理交联点，通过这种强化方式提升了其机械强度。Yang等人则报道了一种简便的一锅法策略，用于制备多功能的绿色二元溶剂共凝聚水凝胶。该方法通过DES/水混合物在PVA/明胶双交联网络中原位生成木质素纳米颗粒。Zhang等人证明，将水替换为DES可以增强PVA链之间的分子间作用力，从而促进有序结晶和形成均匀、机械强度高的聚合物网络。DES的引入还提升了水凝胶基质的电导率，同时，由于DES中丰富的氢键，整体机械性能也得到了增强。

银纳米线（AgNWs）相比其他导电纳米填料，表现出更优异的电导率、柔韧性和可弯曲性。将AgNWs加入聚合物基质中，可以显著提升混合物的整体电导率。然而，与其他纳米材料类似，AgNWs在基质中容易发生团聚，导致分散不均，进而降低电导率。因此，研究人员通过在AgNWs表面引入特定的功能基团，以提高其在基质中的分散性。Liu等人使用硫醇封端的MXene纳米片（S-MXene）与AgNWs结合，通过形成硫醇-银（S-Ag）配位键，改善了传感应用中的性能和稳定性。Ding等人则在AgNWs表面引入双（丙烯酰）半胱氨酸（BACA），形成可逆的Ag-S配位键，该配位键作为AgNWs与PAM分子之间的动态桥梁，解决了刚性纳米线与聚合物基质之间的机械不匹配问题，并有助于在近红外辐射下受损后的自修复和传感性能恢复。AgNWs的长径比对其在复合材料中形成导电通路具有重要影响。一般来说，随着AgNWs长径比的增加，达到临界浓度所需的阈值会降低。因此，开发适当的合成方法以制备具有高长径比的AgNWs，并选择合适的表面修饰剂，对于确保其在基质中的均匀分散至关重要。

综上所述，我们制备了一种基于PVA的水凝胶，该水凝胶具有高强韧性、自修复能力和优异的EMI屏蔽性能。首先，我们合成了具有超高长径比（L/D比为1194）的AgNWs，这种高长径比有效地降低了达到临界浓度所需的阈值。随后，我们通过双（2-羟乙基）二硫化物对AgNWs进行表面修饰，使其表面引入羟基。通过这种修饰，AgNWs在水凝胶基质中的分散性得到了显著提升。接着，将修饰后的AgNWs（M-AgNWs）与DES（胆碱氯化物：乙二醇=1:2）加入PVA溶液中，并通过硼砂进行交联，最终得到PVA/Borax/DES-M-AgNWs水凝胶（PBD-M-Ag水凝胶）。在这些材料中，硼酸酯键和氢键是水凝胶自修复能力的主要来源。实验验证表明，将DES和M-AgNWs引入水凝胶基质中，可以同时增强其机械性能和电导率，从而提升拉伸强度和EMI屏蔽效能。此外，通过实验测试，所制备的水凝胶在人体传感方面展现出良好的应用潜力。这些结果表明，PVA/Borax/DES-M-AgNWs水凝胶是一种集高强韧性、导电性、自修复性、传感功能和EMI屏蔽能力于一体的多功能材料，为其实用化奠定了坚实的基础。