K+/Ca2+协同增强型κ-卡拉胶离子导电水凝胶：用于多功能柔性传感器的强韧抗疲劳自修复材料

本文报道了一种基于κ-卡拉胶（κ-CG）的聚乙烯醇/聚丙烯酰胺（PVA/PAM）离子导电水凝胶（PPK-Ca2+/K+），通过动态氢键、静电相互作用及Ca2+/K+协同交联构建三维网络结构，实现了卓越的机械性能（拉伸强度1190 kPa，断裂伸长率414%）、抗疲劳特性、自修复性和可回收性。其高离子电导率（7.26 mS/cm）和宽应变检测范围（0–400%）使其在健康监测、电子皮肤等柔性传感器领域具有重要应用价值。

　　

亮点

本研究开发了一种基于κ-卡拉胶（κ-CG）的离子导电水凝胶，通过K⁺/Ca²⁺协同交联策略，实现了机械强度、导电性和功能性的突破性平衡。该材料具备以下核心优势：

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  超高机械性能（拉伸强度1190 kPa，伸长率414%）
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  卓越的抗疲劳和自修复能力
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  高温重塑可回收特性
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  宽应变响应范围（0–400%）与高灵敏度

结论

本研究成功通过自由基聚合结合冻融循环制备了多功能PPK-Ca²⁺/K⁺水凝胶。得益于动态离子交联网络、氢键作用及Ca²⁺/K⁺协同效应，该水凝胶表现出优异的机械性能（1190 kPa拉伸应力，414%拉伸应变）以及出色的自修复和抗疲劳特性。同时，凭借κ-CG和PVA的热可逆特性，水凝胶可通过高温重塑实现循环利用。基于PPK-Ca²⁺/K⁺水凝胶组装的柔性传感器具备高灵敏度、宽检测范围和快速响应（152 ms），能够精准监测从大关节运动到细微肌肉收缩等多种人体活动。本研究为开发高性能可穿戴传感器和电子皮肤提供了新思路。