这篇文档属于类型a，是一篇关于光固化超韧共晶凝胶（photocurable ultra-tough eutectic gel）的原创性研究论文。以下为详细学术报告：

一、研究作者与发表信息

本研究由Youjie Rong, Xiaomin Zhang, Huijie Li, Jianhua Fei, Ruiqiang Hang, Xiangyu Zhang, Xiaobo Huang*, Xiaohong Yao* 合作完成，作者单位均为Taiyuan University of Technology的Shanxi Key Laboratory of Biomedical Metal Materials。论文发表于European Polymer Journal，卷号221（2024），文章编号113544，于2024年10月28日在线发表。

二、学术背景

研究领域与动机

研究聚焦于柔性可穿戴电子器件（flexible wearable electronics）中的关键材料——凝胶基导电材料。传统柔性材料（如水凝胶）因环境稳定性差（易失水、低温冻结）、机械强度低、加工困难等问题，限制了其应用。本研究旨在开发一种兼具高韧性、高弹性、环境稳定性和易加工性的光固化共晶凝胶（eutectic gel），以满足可穿戴传感器和摩擦纳米发电机（triboelectric nanogenerator, TENG）柔性电极的需求。

背景知识

1. 共晶溶剂（Deep Eutectic Solvent, DES）：由氢键供体（HBD）与受体（HBA）混合形成的低熔点溶剂，具有低挥发性、高导电性和宽温域稳定性，可替代传统水凝胶中的水相。
   
2. 配位交联（coordination crosslinking）：通过金属离子（如Zr⁴⁺）与聚合物链的羧基/磺酸基动态结合，赋予凝胶高机械强度和自修复能力。
   
3. 数字光处理（Digital Light Processing, DLP）3D打印：通过光固化技术实现复杂结构的高精度快速成型。
   

研究目标

1. 开发一种基于DES和Zr⁴⁺配位的光固化共晶凝胶（PADE），兼具高机械性能（抗拉强度>1 MPa、断裂伸长率>800%）、环境稳定性（-40℃至50℃）和粘附性（>40 kPa）。
   
2. 验证PADE在柔性应变传感器和TENG电极中的应用潜力，包括高灵敏度（GF=1.7）和稳定信号输出。
   
3. 利用DLP 3D打印技术实现复杂结构的高效制备。
   

三、研究流程与方法

1. 材料合成与表征

• 配方设计：以乙烯二醇（EG）-氯化胆碱（ChCl）共晶溶剂为基质，加入单体丙烯酸（AAC）、两性离子单体DMAPS、ZrOCl₂和光引发剂TPO，通过紫外光（405 nm）引发聚合。
  
• 结构表征：
  
  • FTIR与XPS：证实Zr⁴⁺与羧基/磺酸基的配位作用（羧基峰蓝移、Zr 3d轨道特征峰）。
    
  • DSC：验证凝胶在-40℃至50℃无玻璃化转变，表明其宽温域稳定性。
    
  • UV-Vis：透光率>80%（400-800 nm），适合光固化打印。
    

2. 机械性能测试

• 拉伸实验：调整DMAPS与Zr⁴⁺浓度，优化交联密度。最优配方（1.5 mol/L DMAPS + 0.18 mol/L ZrOCl₂）的断裂强度达1.14 MPa，断裂伸长率898%。
  
• 滞后性分析：小应变（<100%）下能量耗散仅5 kJ/m³，大应变（500%）下仍低于250 kJ/m³，表明动态配位键的可逆重构能力。
  

3. 粘附性能评估

• 剪切粘附模型：PADE对金属、塑料、皮肤等基材的粘附强度>40 kPa，归因于磺酸基的氢键、偶极-离子相互作用。
  
• 耐久性测试：200次循环后粘附曲线无衰减，12小时皮肤贴附无刺激反应。
  

4. 传感与TENG应用

• 应变传感：GF值达1.7（0-100%应变），100次循环电阻变化率%。
  
• TENG电极：与PDMS复合的单电极TENG开路电压13 V（6 N外力），可点亮LED。
  

5. DLP 3D打印

• 打印参数：层厚50 μm，单层曝光1.2秒，精度达70 μm。
  
• 复杂结构：成功打印雪花、骨架等镂空模型，成型后稳定性保持2周。
  

四、主要结果与逻辑关联

1. 配位交联增强机械性能：Zr⁴⁺与羧基/磺酸基的强配位使凝胶网络密度可控，兼顾高强度和延展性（图3a-d）。
   
2. DES提升环境稳定性：EG-ChCl溶剂抑制挥发，5天内质量损失<5%（图2e），低温下电导率>0.1 S/m。
   
3. 粘附性与生物相容性：DMAPS的两性离子结构实现多基材粘附，皮肤接触无刺激（图4a-g）。
   
4. 高灵敏度传感：Poisson效应导致应变下电阻线性变化，GF值优于多数报道水凝胶（图5a-f）。
   
5. DLP打印可行性：快速光固化（1.2秒/层）突破传统凝胶打印的固液分离难题（图7）。
   

五、结论与价值

科学价值

1. 提出了一种全物理交联的光固化共晶凝胶设计策略，通过Zr⁴⁺配位和DES溶剂协同解决凝胶机械强度与环境稳定性的矛盾。
   
2. 揭示了DMAPS浓度对粘附强度与电导率的调控机制（图5g-h）。
   

应用价值

1. 为可穿戴传感器提供高精度、定制化制造方案（如摩斯码识别手套，图6b）。
   
2. 推动TENG柔性电极的低成本、高性能化，适用于自供电设备。
   

六、研究亮点

1. 创新材料体系：首次将DES溶剂、Zr⁴⁺配位与光固化3D打印结合，实现“强度-稳定性-加工性”三重优化。
   
2. 方法学突破：DLP打印速度（1.2秒/层）比挤出式3D打印快10倍，精度达70 μm。
   
3. 多场景应用验证：从基础性能（力学、电学）到器件（传感器、TENG）的全链条验证。
   

七、其他有价值内容

• 补充实验：对比了水凝胶、甘油-水凝胶与PADE的环境稳定性（图2e-f），突显DES优势。
  
• 数据可用性：作者声明数据可应请求提供，符合开源科学趋势。