基于壳聚糖的抗菌低温稳定导电有机水凝胶：协同多动态网络实现电磁屏蔽与应变传感

本综述聚焦于通过构建壳聚糖（HACC）/聚丙烯酸（PAA）互穿双网络结构，并引入带正电的Ti3C2Tx MXene（p-MXene）作为导电填料，成功制备了多功能导电有机水凝胶。该材料在甘油-水（gly-H2O）二元溶剂中展现出卓越的电磁干扰（EMI）屏蔽效能（45.0 dB）、优异抗菌性（对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑制圈直径分别为26.2 mm和38.5 mm）及低温稳定性（-20°C储存15天后仍保持39.2 dB屏蔽效能和2.95应变系数），在电子皮肤和柔性可穿戴设备领域潜力巨大。

　　

章节亮点

化学品

羟基丙基三甲基氯化铵壳聚糖（HACC，取代度95%，分子量150,000–200,000 Da）和丙烯酸（AA，气相色谱纯，>99%，含180–200 ppm MEHQ）购自上海麦克林生化科技有限公司。Ti₃AlC₂粉末（99.9%）购自上海水田材料技术有限公司。氟化锂（LiF，分析纯，99%）、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA，99%）和聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA，分子量100,000–200,000 Da，20 wt%水溶液，粘度400-1000cp）均来自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。甘油（Gly，分析纯，≥99%）、过硫酸铵（APS，分析纯，98%）和无水氯化铝（AlCl₃，分析纯，99%）购自国药集团化学试剂有限公司。实验用水为超纯水。

PAA/HACC/Al³⁺/p-MXene有机水凝胶的结构分析

PAA/HACC/Al³⁺/p-MXene导电有机水凝胶的制备过程如图1所示。在AA单体、HACC、AlCl₃和改性p-MXene的混合物中，AA在交联剂MBAA和引发剂APS的作用下通过一锅法聚合，形成了具有互穿网络结构的导电有机水凝胶。作为阴离子聚合物，PAA分别与p-MXene、HACC和Al³⁺发生静电相互作用。

结论

研究采用了一种稳健的一锅策略来制备PAA/HACC/Al³⁺/p-MXene多功能导电有机水凝胶，该凝胶以带正电的MXene作为导电填料。协同的金属配位键、静电相互作用和氢键赋予了有机水凝胶网络卓越的机械完整性。优化配方（4% HACC, 8% Al³⁺, 4 wt% p-MXene）实现了高达984%的断裂伸长率和650 kPa的拉伸应力。在特定条件下，该材料展现出优异的电磁干扰屏蔽性能和应变传感能力。