通过“盐洗”法调节交联程度，制备用于自供电和储能集成式柔性传感器的多功能抗冻水凝胶

《Science China-Chemistry》：“Salt washing” adjustment of crosslinking degree to fabricate multifunctional antifreeze hydrogel for self-power and storage integrated flexible sensor

本研究提出两步盐处理法（盐浸泡和盐洗涤）制备多功能SAC?ZC水凝胶，显著提升机械性能（断裂强度达320 kPa）和耐寒性（-80°C），并开发基于该水凝胶的TENG（C-TENG）实现能量收集，适用于极端寒冷环境的人机交互设备。

　　

摘要

基于水凝胶的电子皮肤或摩擦电纳米发电机（TENG）被认为是柔性电子产品的理想候选材料。然而，现有的水凝胶存在一些局限性，导致其性能不佳，且对外部电源的依赖限制了其实际应用。本文介绍了一种两步清洗方法来制备这种多功能水凝胶：首先通过“盐浸泡”形成水凝胶框架（SAC₂Z）-丙烯酰胺（AM）和丝素蛋白（SF）的水凝胶；随后通过调节盐离子浓度来调整交联程度。所得到的SAC₂ZC水凝胶具有优异的机械性能（断裂强度提高了15倍，达到320 kPa）和极佳的耐寒性（可承受低至-80°C的温度）。与传统的水分散型水凝胶相比，基于SAC₂ZC的应变传感器能够检测低至-30°C的温度变化。基于SAC₂ZC的柔性防冻电池具有出色的抗枝晶能力，并能在高压（30 MPa）和严重弯曲（180°）条件下供电。基于SAC₂ZC的摩擦电纳米发电机（C-TENG）实现了能量收集，从而无需依赖外部电源。这一创新为集成能量收集与存储功能的柔性传感系统奠定了基础，促进了全天候的人机智能手机信号交互。本研究为开发适用于极端寒冷复杂环境中的多功能SAC₂ZC水凝胶提供了新策略。