类型a：学术研究报告
一、研究团队与发表信息
本研究由Yong Li、Xin Deng（通讯作者）、Peng Cao、Haoxiang Liu、Rongmei Qing、Zejia Dai及Fengxuan Guo共同完成，团队成员来自中南林业科技大学材料科学与工程学院（College of Materials Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology）及湖南省材料表面界面科学与技术重点实验室（Hunan Province Key Laboratory of Materials Surface & Interface Science and Technology）。研究成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》2025年第311卷，文章编号143914，于2025年5月3日在线发布。
二、学术背景与研究目标
本研究属于柔性传感器材料领域，聚焦于深共晶水凝胶（Deep Eutectic Hydrogels, DES hydrogels）的性能优化。传统导电水凝胶存在易脱水、生物相容性差、滞后性显著等问题，而基于深共晶溶剂（DES）的水凝胶虽具有热稳定性和可调导电性，但高粘度导致其导电性和机械性能不足。研究团队提出通过引入微纤化纤维素（Microfibrillated Cellulose, MFC）和调控氢键网络，开发兼具高导电性、低滞后性、耐冻性和长寿命的DES水凝胶，旨在推动其在电子皮肤和柔性应变传感器中的应用。
三、研究流程与方法
1. 材料制备
- 深共晶溶剂（DES）合成：以胆碱氯化物（Choline Chloride）与丙烯酸（Acrylic Acid）按1:2摩尔比混合，60℃搅拌3小时形成透明液体。随后加入不同比例水形成DES-水二元溶剂。
- 水凝胶制备：将聚乙烯醇（PVA）与DES-水溶剂在95℃下分散2小时，加入过硫酸铵（APS）引发剂后，通过365 nm紫外光引发丙烯酸聚合。实验组额外添加MFC（直径0.1–1.0 μm，长度>20 μm），形成三维网络骨架。样品命名规则为DP-X-Y（无MFC）和DPM-X-Y-Z（含MFC），其中X、Y、Z分别代表PVA、水和MFC的含量。
表征与测试
环境稳定性测试
水凝胶在-25°C至70°C环境中存放5天后仍保持柔性和导电性（图2f-g），室温暴露60天后机械性能仅轻微下降（拉伸强度保留0.29 MPa）。
四、主要结果与逻辑关联
1. MFC的增强机制：MFC通过表面羟基与PVA、聚丙烯酸（PAA）形成氢键网络，作为骨架提升水凝胶的均一性和力学性能（图1d）。SEM显示其宏观多孔结构促进离子迁移，从而提升电导率。
2. 水含量的调控作用：适量水（30 wt%）降低DES粘度，但过量水（>50 wt%）会破坏DES组分间的氢键，导致性能下降（图5a-b）。
3. 环境稳定性：DES的防冻特性使水凝胶在低温下不冻结，高温下因部分脱水导致电阻升高但仍可工作（图5e-g）。
五、研究结论与价值
本研究通过MFC和DES-水溶剂的协同作用，开发出高性能共晶水凝胶，其科学价值在于：
1. 材料设计创新：首次将MFC引入DES水凝胶体系，解决了传统材料滞后性高和导电性不足的问题。
2. 应用潜力：适用于极端环境下的柔性传感器，如电子皮肤、运动监测等（图7）。
3. 方法学贡献：紫外引发聚合与二元溶剂调控策略为后续研究提供模板。
六、研究亮点
1. 性能突破：电导率提升2.28倍，拉伸强度提升2.5倍，滞后性显著降低。
2. 多尺度锚定策略：通过PVA（分子尺度）和MFC（微米尺度）分级锚定聚合物链，优化网络结构。
3. 环境适应性：在-25°C至70°C范围内性能稳定，远超传统水凝胶。
七、其他价值
水凝胶的自粘附性（图2e）和快速自愈合能力（图6d）为其在可穿戴设备中的集成提供了便利。未来可通过替换水溶剂进一步提升高温性能（>100°C）。