《Materials Today Communications》：Flexible Sensors Based on Deep Eutectic Solvent Gels: Preparation Methods, Material Design, and Research Progress
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柔性传感器作为精确人体生理监测的核心组件，在生物医学工程、可穿戴设备及软体机器人领域展现出广阔前景，但传统传感器受限于材料本身的缺陷。水凝胶基柔性传感器易脱水，而离子凝胶基传感器则存在操作稳定性不足的问题。低共熔溶剂（DES）作为一种绿色替代品，凭借其环境友好
柔性传感器作为精确人体生理监测的核心组件，在生物医学工程、可穿戴设备及软体机器人领域展现出广阔前景，但传统传感器受限于材料本身的缺陷。水凝胶基柔性传感器易脱水，而离子凝胶基传感器则存在操作稳定性不足的问题。低共熔溶剂（DES）作为一种绿色替代品，凭借其环境友好性、可调控的导电机制及优异的热稳定性，显著推动了柔性传感平台的发展。DES 中氢键供体（HBDs）与氢键受体（HBAs）形成的动态氢键网络，不仅赋予了材料高离子电导率和低温适应性，还通过非共价相互作用构建了具有自愈合能力和机械鲁棒性的三维网络。本研究系统综述了基于 DES 凝胶的柔性传感器的最新进展，涵盖传感机制、制备策略、材料设计、结构创新及应用场景。研究指出，DES 基离子凝胶有效克服了传统水凝胶易脱水和环境稳定性差的局限，特别是在极端条件（如低温或干旱）下，多元醇等增塑剂的加入进一步增强了其环境韧性。目前，基于 DES 凝胶的柔性压力传感器在电阻式和电容式传感应用中表现优异，但在压电和摩擦电传感方面仍面临挑战。文章深入分析了性能优化策略，探讨了大规模制备和长期稳定性方面的挑战，旨在为 DES 材料在柔性电子领域的广泛应用与创新发展提供理论见解。
**基于低共熔溶剂凝胶的柔性传感器研究解读**
**研究背景与意义**
随着可穿戴电子、健康监测、物联网技术及柔性机器人的飞速发展，柔性传感器在人机交互、环境感知及生物信号获取中的重要性日益凸显。然而，传统柔性传感器面临严峻的材料瓶颈：水凝胶易失水导致性能衰退，离子凝胶则存在环境稳定性不足及潜在毒性问题。因此，开发兼具高导电性、优异机械性能及环境稳定性的新型功能材料成为该领域的迫切需求。低共熔溶剂（DES）作为一种由氢键供体（HBD）和氢键受体（HBA）形成的低共熔混合物，因其低挥发性、不可燃性、宽温域液态范围及可调控的理化性质，被视为离子液体的绿色替代品。将 DES 引入柔性聚合物基质构建 DES 凝胶，不仅保留了离子液体的高导电性，还通过动态氢键网络赋予了材料自愈合、抗冻及高延展等特性，为解决传统柔性传感器的性能瓶颈提供了全新策略。该研究发表于《Materials Today Communications》，旨在系统梳理 DES 凝胶基柔性传感器的制备、设计及应用进展，推动其从实验室走向实际应用。
**关键研究方法**
研究人员主要采用了文献计量分析与系统性综述相结合的方法。首先，利用 Web of Science 数据库，以"Deep Eutectic Solvents"和"Flexible Sensors"为关键词进行检索，结合"Gel"作为筛选条件，分析了相关领域的年度发表趋势，确立了 DES 凝胶基柔性传感器的主导研究地位。其次，研究团队对大量文献中的实验数据进行了归纳与对比，重点考察了不同 DES 体系（如氯化胆碱/尿素、氯化胆碱/乙二醇等）与聚合物（如聚乙烯醇 PVA、聚丙烯酸 PAA 等）复合后的理化性质，包括离子电导率、拉伸强度、断裂伸长率、自愈合效率及粘附性能等。此外，研究还深入分析了溶剂交换法、光引发聚合及原位化学聚合等关键制备工艺对凝胶微观结构及宏观性能的影响机制，并对比了电阻式、电容式等不同传感模式下的性能表现。
**研究结果与分析**
**1. DES 凝胶的制备方法与分类**
研究表明，DES 凝胶的制备主要依赖 HBA 与 HBD 间的强氢键作用。根据组成与成胶机制，主要分为三类：一是以 DES 为单一溶剂的聚合物凝胶，利用 DES 的低挥发性和抗冻性赋予凝胶优异的环境稳定性；二是 DES 既作溶剂又作单体的原位聚合凝胶（PDES），通过共价交联实现 tunable 的机械与电学性能；三是基于非共价相互作用的超分子凝胶，利用氢键、π-π堆积等动态作用力实现材料的自愈合与刺激响应性。其中，光引发聚合因反应迅速、时空可控性强而成为主流方法，但需注意光引发剂残留的潜在毒性；溶剂交换法虽绿色环保但耗时较长；原位化学聚合则能实现分子层面的均匀分散，但需严格控制反应温度以防副反应。
**2. 机械性能增强策略**
针对 DES 凝胶机械强度不足的问题，研究人员总结了多种增强策略。引入交联剂（如单宁酸）可构建三维网络，显著提升强度与韧性；添加纳米纤维素、木质素等增强材料，利用其刚性骨架分担应力并限制聚合物链滑移；利用动态氢键作为牺牲键，通过断裂耗散能量以提升韧性；设计动态交联与双网络结构（如金属配位键与共价键结合），实现了高强度（最高达 30.70 MPa）与高延展性（断裂伸长率超 700%）的协同，同时赋予材料优异的抗疲劳与自愈合性能。
**3. 灵敏度与线性响应优化**
在传感性能方面，研究指出灵敏度与线性度往往存在博弈。通过调控 DES 中 HBD/HBA 摩尔比可改变自由离子浓度，进而调节灵敏度；引入 MXene、碳纳米管等导电填料可构建高效导电通路，但需解决团聚导致的非线性问题。结构上，设计多孔微结构或梯度交联网络有助于集中应力分布，拓宽线性响应范围。此外，协同调控材料组分与微观结构，如结合化学交联 PAA 网络与物理交联 DES 氢键网络，可实现高灵敏度与宽量程的平衡。
**4. 宽温域适应性与生物相容性**
DES 独特的低共熔特性使其在 -40℃至 120℃范围内保持液态与柔性，有效抑制了水的结晶与挥发，赋予传感器卓越的宽温域工作能力。在生物相容性方面，选用天然组分（如壳聚糖、明胶）及可降解交联剂，并结合表面修饰技术，显著降低了细胞毒性，使 DES 凝胶在植入式医疗及电子皮肤领域展现出巨大潜力。
**结论与展望**
综上所述，DES 凝胶凭借其独特的理化性质，在柔性传感器领域展现出巨大的应用价值，特别是在医疗监护、运动捕捉及极端环境监测等方面。然而，该领域仍面临诸多挑战：如何在保持高延展性的同时进一步提升灵敏度；如何解决光引发剂残留及大规模制备中的均匀性问题；以及在复杂生理环境下的长期稳定性与信号抗干扰能力。未来的研究应聚焦于开发绿色智能的制备工艺（如太阳能引发、酶催化），深化对离子传输与机械变形耦合机制的基础理论研究，并通过多模态传感集成与人工智能算法结合，推动 DES 基柔性传感器向智能化、多功能化及产业化方向发展。
