由于其表皮顺应性、可调控的弹性和智能特性，自下而上构建类皮肤导电水凝胶越来越受到关注。其中，高导电性二维纳米材料或无机盐通常被封装在亲水性聚合物基质中，使水凝胶获得高导电性。然而，二维刚性纳米导体的异质分布和盐的沉淀往往导致结构不相容性和应力集中，削弱了凝胶的拉伸性，从而极大地限制了它们的拉伸感应能力、重复性和可扩展性。导电聚合物固有的软共轭链提供具有出色的结构灵活性和兼容性，使其成为构建导电水凝胶的绝佳替代品，尤其是聚（3,4-乙撑二氧噻吩）（PEDOT）。然而，由于单体聚合过程中的团聚，EDOT单体直接聚合为 PEDOT 并不会提高导电性。此外，PEDOT不溶于水的特性，使其难以均匀分散在水凝胶中。可溶性聚苯乙烯磺酸盐 (PSS) 是其原位聚合的理想模板。考虑到成本和环境友好性，使用磺化天然亲水材料（瓜尔胶、木质素）代替 PSS 作为模板分散 PEDOT为制备高导电水凝胶提供了新思路。另外，传统的化学交联网络由于缺乏能量耗散途径，水凝胶又脆又脆。因此，通常引入各种动态化学键交联形式以使水凝胶具有适当的韧性、耐用性和自愈性。然而，这也意味着合成网络是多组分的，昂贵且难以调整。此外，大多数聚合水凝胶仍然依赖于较长的加热步骤（或紫外线辐射）和一些有毒交联剂的添加。因此，制造过程复杂且耗时。此外，导电水凝胶的自修复特性和界面粘附性是避免永久性损坏、界面脱粘和随后功能丧失的关键因素。
鉴于此，华南理工大学祁海松团队利用液态金属纳米粒子 (LMNPs) 引发和交联的聚（丙烯酸）（PAA）骨架与聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：磺化细菌纤维素纳米纤维（PEDOT：BCNF）纳米材料开发了新型全聚合物导电水凝胶。由 LMNPs 激活，凝胶时间比传统的热或紫外线引发过程短得多（14-27 秒）。导电水凝胶表现出超拉伸性（2850%）、快速自主自愈和多重传感（形变、溶剂和水）特性。此外，处于初始凝胶阶段或低 LM 含量的水凝胶表现出可塑性、优异的界面粘附性和快速的形状适应性。基质中的 LMNPs使水凝胶还提供了优异的抗菌性能。考虑到透明度（薄膜）、超拉伸性、可塑性和感官特性，这种多功能水凝胶有望应用于可穿戴设备、力图、多传感器和可图案化电致发光设备。这项工作提出了使用 BCNF 模板构建导电水凝胶的导电 PEDOT 聚合的新概念，为快速合成用于下一代绿色柔性电子产品的多功能水凝胶提供了有效方法。
图 1 a) LPBP 水凝胶的凝胶机理示意图。 b) 氨基磺酸介导的 BCNF 的原子力显微镜 (AFM) 图像。 c, d) PEDOT:BCNF 复合材料和 LM-PEDOT:BCNF 三元纳米液滴的 SEM 图像。 e) 具有 BCNFs 壳的 LMNPs 的 TEM 图像。 f) 水凝胶中三种分子相互作用的示意图。
图 2 红外热成像瞬时热像图来自 a) 不含 LM 的 PEDOT:BCNF-AA 混合物，b) 含 LM 的 PEDOT:BCNF-AA 混合物和 c) 超声处理 10 分钟后含 APS 的 LM-PEDOT:BCNF-AA 混合物， 分别。 d) 不同LM含量的预聚物的温度变化。 e）不同LM浓度的LPBA水凝胶快速凝胶过程中的自热率。 f) 水凝胶的快速原型制作。 g) 挤出水凝胶纤维具有可编程形状的图案配置。 h）LPBP 水凝胶粘附在各种基材上。 i) 粘合强度。 j) 形状自适应性能。
图 3 a) 不同 LM 含量的 LPBP 水凝胶的典型应变应力曲线。b) 弹性模量和韧性。c) 不同应变下的循环拉伸曲线。d) 300% 应变下的连续循环拉伸曲线（11 次）。e) 能量耗散机制示意图。f) LPBP 水凝胶的抗菌活性，PBP 水凝胶作为空白对照。(g) PBP 水凝胶、含 Ga3+ 的 PBP 水凝胶和 LPBP 水凝胶分别对 EC、SA 和 PA 的抑制区图。
图 4 a) 两个截断水凝胶的照片，在弯曲（右上）、拉伸和加载下连接并愈合 1 小时。 b) 原始和愈合水凝胶的应变-应力曲线。 c) 光学显微照片记录了自主自愈过程。 比例尺：10μm。 d) 1.5wt% LPBP 水凝胶在固定角频率为 6.28 rad s−1 的大应变水平 (γ=100%) 下的循环 G’（实心符号）和 G’’（空心符号）值。 e) 自修复水凝胶在并联电路修复中的应用演示。 f) 循环断裂愈合期间的电阻与测试时间的关系。 g) 应变、应力（愈合 2 小时）和电导率（立即连接）的自愈效率恢复 h) 可能的自愈机制示意图。
图 5 用 LPBP 水凝胶制备的可穿戴传感器和柔性显示设备。a) 电阻的应变依赖性。R0：初始电阻。ΔR：电阻变化。b) 感应手指从 0° 到 90° 的不同弯曲角度。c) 应变主导的 3D 力映射图。 每个交叉点的阻力是根据交叉子午带的阻力的乘积计算的。d) 对不同液体（即水和乙醇）的电阻响应。e) 对身体呼出的湿气的抵抗反应。f) 柔性显示应用、电致发光器件。
该研究以题为：“Facile Gelation of Fully Polymeric Conductive Hydrogel Activated by Liquid Metal Nanoparticles”的论文发表在最新一期《Journal of Materials Chemistry A》上，华南理工大学为唯一单位，第一作者为华南理工大学博士研究生王明，华南理工大学祁海松教授为唯一通讯作者。
文章链接：
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/TA/D1TA07254D