MXene/纤维素导电水凝胶：兼具抗溶胀、抗菌与环境适应性，用于人体行为监测的可穿戴柔性应变传感器

本综述重点介绍了一种基于羧甲基纤维素（CMC）接枝聚（丙烯酸-共-乙烯基咪唑）P(AA-co-VI)与MXene纳米片复合的多功能导电水凝胶（C-PAV/MXene）。该材料展现出卓越的拉伸性能（伸长率964%）、高线性应变响应（R2 = 0.98）、双重抗菌机制（季铵盐与MXene物理/光热协同）及水下运动监测能力，为新一代可穿戴电子设备在复杂环境中的传感应用提供了突破性解决方案。

　　

亮点

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  通过自由基聚合成功构建CMC接枝P(AA-co-VI)/MXene（C-PAV/MXene）复合水凝胶

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  动态氢键与MXene界面协同作用赋予材料964%的断裂伸长率和抗溶胀特性

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  兼具高线性灵敏度（R² = 0.98）与宽应变范围响应能力

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  季铵化咪唑环与MXene物理切割/光热效应形成双重抗菌机制

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  可实现水下运动监测与摩斯电码压力信号传输

材料

羧甲基纤维素（CMC，数均分子量~90,000，取代度70%，≥98%）、丙烯酸（AA，≥99%）购自阿拉丁化学试剂有限公司（中国上海）。1-乙烯基咪唑（1-VI，≥99%）、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA，≥99.5%）、过硫酸铵（APS，≥98.0%）均购自Sigma-Aldrich（中国上海）。MXene纳米片分散液（5 mg mL^?1，厚度1–2 nm，横向尺寸0.3–1 μm）由吉林化工学院材料科学与工程学院实验室制备。实验用水为去离子水。

C-PAV/MXene水凝胶的设计、合成与表征

图1优雅展示了高强度、抗溶胀导电CMC-g-聚(AA-共-VI)/MXene（C-PAV/MXene）复合水凝胶的简易合成流程。该复合材料通过CMC接枝AA和VI的自由基聚合反应合成，并融入MXene增强性能。过硫酸铵（APS）作为自由基引发剂，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）作为亲水性交联剂，协同构建了动态氢键与共价交联的双网络结构。MXene纳米片表面丰富的官能团（–OH、–F）与聚合物链形成氢键和静电相互作用，显著提升界面结合强度与功能集成度。

结论

本研究通过自由基接枝共聚成功合成并系统表征了羧甲基纤维素接枝聚（丙烯酸-共-乙烯基咪唑）导电水凝胶（C-PAV），并通过原位集成MXene纳米片（C-PAV/MXene）构建了分层双交联结构。该材料协同结合了机械韧性、光热响应性与抗菌功能，同时在复杂环境中表现出卓越的抗溶胀性能和应变传感稳定性，为可穿戴电子设备在健康监测与人机交互领域的应用提供了创新性材料平台。