可拉伸导电纤维是下一代柔性可穿戴电子设备的重要组成部分，但是目前大部分导电纤维往往掺杂有导电材料，造成杨氏模量、拉伸性能和透明性的降低，并且在拉伸过程中导电性能出现了不同程度的下降。近年来，柔软、可拉伸、透明的离子导电水凝胶纤维引起了极大的关注，但是水凝胶纤维由于自身可纺性差、易于干燥和冷冻等缺点极大限制了它们在导电纤维领域的应用。而有机水凝胶纤维有望解决以上问题。近日，东华大学游正伟课题组提出了一种物理和共价键结合的杂化交联机制用于连续湿法纺丝制备水凝胶纤维，然后通过简单的溶剂部分替换（水-甘油）制备得到透明有机水凝胶纤维（图1a）。首先将聚乙二醇双丙烯酸酯、海藻酸钠、丙烯酸羟乙酯和光引发剂溶解配置成纺丝液，然后在Ca2+凝固液和紫外光照下进行连续湿法纺丝。在纺丝过程中，海藻酸钠和Ca2+会优先形成离子交联的初生纤维，为水凝胶纤维在光引发形成第二重共价交联网络之前提供一定的机械性能。待双重交联网络结构的水凝胶纤维形成后，将其浸没在甘油/水（CaCl2，KCl）溶液中；水凝胶纤维中的水会被部分甘油所替代，Ca2+会进一步加强体系离子交联网络，KCl则实现有机水凝胶纤维中电荷转移提供导电性能。研究发现该有机水凝胶纤维中甘油、水和聚合物网络之间形成了氢键（图1b），从而保证该纤维在-80 °C下仍然保持透明性、拉伸性能（拉伸率可超过300%）和导电性。除具有防冻性能外，长期稳定是水凝胶纤维实际应用的另一个关键挑战。水凝胶中水分的蒸发将对其性能产生的不利影响，包括机械性能和电导率，通过实验发现由于甘油/水二元溶剂相较于水具有更低的蒸气压，使得该有机水凝胶纤维在20 °C和45%湿度的条件下放置22 h仍然可以保持85%以上的含水量，即使在室温环境下保存5个月仍然可以作为导体点亮LED灯（图2）。高频、高速往复运动机械设备广泛存在工业生产和日常生活中，由于传统导电纤维存在的明显滞后现象，很难利用现有导电纤维实现快速往复运动的准确监测。在本研究中发现由于双重交联网络的存在，该有机水凝胶纤维最大延伸率可达到400%±9.6%，并且在应变为300%的循环加载卸载时滞后现象基本可以忽略不计（图3）。作者构建了一种有机水凝胶纤维的应变传感器对马达的高频（4 Hz）和高速运动（24 cm/s）进行监测，发现该种有机水凝胶纤维在应变为50%的1000次循环加载卸载过程中展现出稳定的电学性能，而传统水凝胶纤维由于水分的快速蒸发导致出现了明显的飘移（图4）。不仅如此，该有机水凝胶纤维还可用于可穿戴应变传感器、光纤和柔性电极等以收集生物电信号。一般来说,天然皮肤的可拉伸性小于75%。因此，高拉伸性的有机水凝胶纤维应变传感器可以随时监控人体动作。比如制备一种智能电子数据手套（5个分离的有机水凝胶纤维应变传感器附着在不同的手指上）用于检测手指的弯曲和伸直。此外，该有机水凝胶纤维也可以用作电极材料应用于心电图生理信号的获得等。作者制备的有机水凝胶纤维的先进性主要体现在以下几点：首先使用传统的连续湿法纺丝实现了有机水凝胶纤维的大规模制备，利用杂化交联策略不仅保证了纺丝效率同时使得纤维具有良好的物理机械性能。其中由甘油和水组成的二元溶剂使得有机水凝胶纤维在干燥和低温环境下仍然可以保持稳定性，几乎可以忽略的滞后现象便于实现高频高速设备的传感检测。除了应变传感器，该有机水凝胶纤维同时具有作为数据手套、可伸缩电极和光学纤维的潜力。该研究为可穿戴电子设备、生物医学等应用领域人工智能提供了新的设计和实用的方法。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906994来源：高分子科学前沿
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