《Polymer》：Stretchable and self-adhesive bidirectional thermochromic conductive hydrogel for smart windows and human health monitoring
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•一种新型聚电解质双网络水凝胶通过紫外引发交联在10秒内快速制备而成。•该水凝胶同时表现出高拉伸性、稳定的电导率（1.05 S/m）和普适性粘附力（粘附强度提升2–8倍）。所得传感器具有低界面阻抗（20 Hz时45.59 Ω），同时具备优异的生物相容性和耐久性。•作为生物电极
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一种新型聚电解质双网络水凝胶通过紫外引发交联在10秒内快速制备而成。
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该水凝胶同时表现出高拉伸性、稳定的电导率（1.05 S/m）和普适性粘附力（粘附强度提升2–8倍）。所得传感器具有低界面阻抗（20 Hz时45.59 Ω），同时具备优异的生物相容性和耐久性。
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作为生物电极，它能实现高质量的ECG监测。
引言
随着现代社会的快速发展和全球能源消费的持续增长，能够动态调节环境条件的智能材料日益受到关注[1], [2], [3], [4]。建筑能耗约占全球能源消耗的32%，而窗户是建筑围护结构中能效最低的部件之一[5], [6], [7], [8]。研究表明，窗户贡献了建筑供暖负荷的28%和制冷负荷的39%，这主要是由于传统玻璃窗户缺乏对动态环境变化的主动适应性，导致室内温度调节过程中产生大量能耗[6], [9], [10], [11]。尽管双层玻璃和低辐射涂层等传统方案在一定程度上提高了窗户性能，但这些静态技术无法适应动态环境条件，导致在季节性变化过程中能效始终处于次优状态。为应对这些挑战，智能窗户技术作为提升建筑能效的变革性解决方案应运而生[12], [13], [14]。在各种智能窗户技术中，热致变色水凝胶因其无需外部电源即可根据环境温度变化动态调节太阳透光率的能力而受到极大关注[15], [16], [17], [18]。目前，基于热致变色机制的水凝胶智能窗户在保持高可见光透射率的同时已实现高达约90%的太阳调制能力，并正向多功能化发展[19]。
近年来，水凝胶因其高含水量、可调控的光学特性和结构多样性而在智能窗户领域受到广泛关注。通过在聚合物网络中引入功能组分，水凝胶可以同时实现光学调节、离子导电和机械适应性[20], [21]。根据其相变行为，热致变色水凝胶可分为两类：低临界溶解温度（LCST）型和上临界溶解温度（UCST）型体系[18]。然而，传统热致变色水凝胶，尤其是基于PNIPAM的体系，存在单方向响应、转变温度窗口窄、开关动力学缓慢和体积不稳定等局限性[22], [23]。此外，大多数当前的热致变色体系主要依赖单一的LCST诱导相分离过程，仅表现出简单的透明到不透明开关行为[20], [24]。尽管这类材料能够在高温条件下有效调节太阳辐射，但它们无法响应低温环境，且工作温度窗口有限，从而限制了其在复杂动态环境条件下的实际应用[25]。为克服这些局限性，近期研究致力于开发集LCST和UCST行为于一体的双向热响应水凝胶，实现可逆的三态光学开关，即在舒适温度下保持透明，而在低温和高温下均呈不透明状态[26]。例如，Wang等人报道了一种具有双向温度响应性的PNA水凝胶，在26 °C时可见光透过率达84.4%，太阳调制能力优异达69.5%，同时通过独立调节UCST和LCST可灵活调节光透过区间，从而为智能窗户的节能和隐私保护双重功能提供了材料基础[27]。这些研究表明，双向热致变色水凝胶在同时控制高温条件下的太阳得热和低温条件下的隐私保护方面具有巨大潜力。
除光学调节外，水凝胶基智能材料的实际部署越来越需要机械和界面适应性。尤其是可穿戴健康监测设备需要能够在动态变形的皮肤上保持紧密接触的材料，同时提供稳定的电信号传输。导电水凝胶在这方面颇具吸引力，因为其水合、柔软、可变形网络能够提供离子导电的同时保持机械顺应性[28], [29], [30]。心电图（ECG）监测在心律失常和心肌缺血等心血管异常的早期诊断和预防中发挥着关键作用[31], [32]。然而，传统刚性电子传感器往往存在柔韧性不足、与人体皮肤贴合性差和适应性有限等问题。导电水凝胶因其类组织柔软性、生物相容性和可调控的导电性而成为生物电极的理想替代方案[33], [34]。基于水凝胶的电极在ECG监测中表现出优异性能，某些系统的接触阻抗更低，信噪比更高，优于商业电极[35]。近期研究进一步表明，柔性水凝胶能够集成高拉伸性、机械鲁棒性、自粘附、离子导电和多模态感知能力，凸显了多功能水凝胶基可穿戴传感器的快速发展[36], [37], [38], [39]。虽然导电水凝胶已被广泛应用于可穿戴传感，热致变色水凝胶也被探索用于智能窗户中的温度响应光学调节，尽管这些功能服务于不同的应用领域，但它们可以通过不同的结构组分集成到同一种水凝胶中。热响应组分调节光学透射率，而活性离子和水合网络提供离子导电、机械顺应性和粘附力。因此，挑战在于在不损害各自性能的前提下整合这些互补功能[40]。近期研究已开始探索这一方向。例如，纳米纤维素增强深共晶溶剂水凝胶已被开发用于自适应窗户调节和运动监测，基于纤维素的水凝胶也被探索用于自调节智能窗户和可穿戴传感器[41], [42]。尽管如此，在单一水凝胶体系中同时实现双向热致变色、高离子导电性、优异的机械性能和强自粘附仍然是具有挑战性的。
在此，我们报道了一种可拉伸自粘附双向热致变色导电水凝胶（简称PAE），用于智能窗户和人体健康监测的双重应用。PAE水凝胶通过结合紫外引发光聚合和水合诱导自组装的两步策略制备而成，其中包含EOEOEA-co-AA热响应网络、SDS/SMA胶束组装体和NaCl作为离子导电源。所得水凝胶表现出独特的双向热致变色行为：在室温（25 °C）下保持高透明度，而在低温（10 °C）和高温（40 °C）下均变为不透明状态，从而实现节能型太阳调制和隐私保护。同时，水合聚合物网络提供了拉伸性和自粘附所需的机械变形能力和界面相互作用。通过这种结构整合，所得PAE水凝胶既能够实现智能窗户的自适应光学调节，又能实现人体运动和生理信号监测的贴合性离子传感。
章节摘要
实验材料
2-(2-乙氧基乙氧基)丙烯酸乙酯（EOEOEA）由上海麦克林生化科技有限公司提供，丙烯酸（AA）、2,4,6-三甲基二苯基氧化膦（TPO）和硬脂基甲基丙烯酸酯（SMA）由上海钛安科技有限公司提供。十二烷基硫酸钠（SDS）和氯化钠（NaCl）由达马士-贝塔公司提供。
PAE水凝胶的制备
首先将EOEOEA和AA单体按预定比例混合，然后加入0.01 g TPO作为光引发剂。
PAE水凝胶的制备
热致变色PAE水凝胶通过紫外引发光聚合后水合诱导自组装的两步策略制备而成（图1）。在此过程中，NaCl赋予水凝胶离子导电性，同时将SDS/SMA胶束组装体引入聚合物网络以构建热响应性光散射结构域。在水合和自组装完成后，将水凝胶用去离子水彻底冲洗以去除残余物。
结论
总之，通过结合紫外引发光聚合和水合诱导自组装的两步策略，成功开发了一种可拉伸自粘附双向热致变色导电PAE水凝胶。该水凝胶在单一材料平台中集成了EOEOEA-co-AA热响应网络、SDS/SMA胶束组装体和NaCl作为离子导电源。它表现出独特的双向热致变色行为——在室温下透明，而在
CRediT作者贡献声明
王伟：监督，资源。于丹：撰写—审阅与编辑，监督，概念化。胡春燕：调查，概念化。刘宝江：可视化，调查。龙沙：方法学，调查。董道祥：调查，数据整理。薛玉婷：撰写—原稿，方法学，调查，形式分析，概念化
利益冲突声明
作者声明关于本文的出版不存在利益冲突。
致谢
本研究得到中央高校基本科研业务费专项资金（编号：2232022G-03）的资助。
薛玉婷|董道祥|龙沙|刘宝江|胡春燕|于丹|王伟
