摘要：

近年來，具有高靈敏度、柔韌性和變形能力的柔性應變傳感器在人機交互、人造皮膚、人工智能、可穿戴設備和軟機器人等領域具有潛在的應用前景。應變傳感器的關鍵是設計和制造高韌性和可變形的材料，能夠將外部環(huán)境給予的刺激（如應力、應變、剪切等）轉化為電信號（如電阻、電容、電流和電壓等），以實現(xiàn)對人體宏觀運動信號和微妙生理信號的實時捕捉。迄今為止，在高性能應變傳感器的設計方面取得了快速進展。為了組裝應變傳感器，已經開發(fā)了各種具有高柔韌性、高靈敏度、生物相容性、水導電性和可變形性的水凝膠。然而，水凝膠的機械性能不足限制了其應用潛力。為了提高水凝膠的機械性能，人們開發(fā)了一些成功的策略，包括納米復合水凝膠、拓撲水凝膠和多交聯(lián)網絡水凝膠。特別是，細菌纖維素（BCs）是由細菌產生的大多糖分子。由于其相對純凈的化學成分、良好的機械強度和機械穩(wěn)定性、高結晶度和生物相容性，基于BCs的水凝膠可以成為強化、柔性超級電容器和可穿戴傳感器的理想候選材料。 通常，富含高含水量的導電水凝膠可以允許離子快速傳輸。然而，使用去離子水作為分散劑的傳統(tǒng)導電水凝膠不可避免地會遇到凍結問題，降低了水凝膠的工作溫度范圍和壽命。目前，主要有兩種策略來解決凍結問題。第一種策略是將兩性離子聚合物/聚電解質引入水凝膠中，或將離子/兩性離子引入水凝膠的分散介質中。為了達到抗凍目的，需要引入更高濃度的離子，這會導致導電水凝膠的氫鍵和機械性能下降。第二種是將多元醇（如山梨醇、乙二醇、甘油）引入有機水凝膠的分散介質中。當多元醇被引入導電有機水凝膠中時，一些水分子被多元醇取代，多元醇可以在二元體系中容易地形成氫鍵，在提高工作溫度范圍的同時增強有機水凝膠的機械性能。實際上，水含量的減少會影響水凝膠的導電性，限制其應用潛力。經典的策略是通過引入導電聚合物、石墨烯、碳納米管、聚苯胺、MXenes和金屬離子等導電部件來構建復合水凝膠，以解決這個問題。其中，金屬離子通過一系列不同的特征與反饋水凝膠一起顯示出巨大的潛力。在文獻中，金屬配位鍵被用于構建能量耗散機制，以提高水凝膠的機械性能和電性能。然而，水凝膠的其他性能，如粘附性和自愈合性，卻被忽略了。有一些關于具有自愈合能力、高韌性和良好靈敏度的纖維素基或聚合物基導電凝膠的報道。Ding和他的同事開發(fā)了一種具有優(yōu)異生物相容性、粘彈性和快速自愈合能力的CNF - PPy/PB雜化水凝膠。在之前的文獻中，我們的團隊對具有自愈合能力和良好靈敏度的水凝膠，如纖維素基水凝膠、半纖維素基水凝膠和網絡水凝膠，做了系統(tǒng)的工作。 值得注意的是，自然界中皮膚和肌肉等生物軟組織由于存在多級協(xié)同網絡結構而具有柔韌性和敏感性。受生物軟組織多級結構的啟發(fā)，本文報道了一種以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙烯醇（PVA）共價交聯(lián)聚合物為第一網絡，以細菌纖維素（BCs）和氯化鈣通過配體結合為第二網絡的雙網絡多功能有機水凝膠。第一網絡主要作為雙網絡結構中的軟相，以維持有機水凝膠的穩(wěn)定性和彈性，同時第二網絡通過形成納米增強區(qū)域來提高有機水凝膠的韌性和自愈合性能。此外，構建的應變傳感器不僅可以檢測人體的宏觀運動，還可以檢測微妙的生理信息，包括行走、手指、肘部和膝蓋彎曲、按壓、吞咽、眨眼和語音識別。這些優(yōu)勢使有機水凝膠在可穿戴傳感器和其他電子設備中具有潛在的應用價值。