类型a：学术研究报告
1. 主要作者及研究机构
本研究由南京林业大学化学工程学院的Qianqian Jia与中国林业科学研究院林产化学工业研究所的Xinyu Wang作为共同第一作者，南京林业大学的Chuanwei Lu教授为通讯作者，合作单位还包括国际遗传工程与生物技术中心（ICGEB）中国区域研究中心。该研究发表于International Journal of Biological Macromolecules期刊，2025年1月在线发表，卷294，文章编号139429。
2. 学术背景
本研究属于柔性电子材料与生物质高分子交叉领域，聚焦于开发兼具超高拉伸性、自粘附性和导电性的木质素基共晶凝胶（lignin-enabled eutectic gel, LEG），用于多功能柔性传感器。
研究动机：传统水凝胶、离子凝胶和有机凝胶因溶剂挥发、低温冻结或生物相容性差等问题，限制了其在可穿戴电子设备中的应用。共晶凝胶（eutectic gel）虽具有环境稳定性和抗冻性，但现有材料的拉伸性多低于2000%，且缺乏自粘附性。木质素（lignin）作为天然酚类聚合物，其刚性芳香结构和丰富羟基为构建动态交联网络提供了理想媒介，但此前木质素基共晶凝胶的机械强度（<300 kPa）和拉伸性（<1500%）仍有提升空间。
研究目标：通过木质素介导的动态氢键交联网络设计，开发超拉伸（>4000%）、高导电（>2 ms/m）且自粘附的共晶凝胶，并应用于人体运动监测和信息加密系统。
3. 研究流程与实验方法
3.1 材料制备
- 配方设计：以丙烯酸（AA）、乙二醇（EG）、甜菜碱（betaine）和碱木质素（AL）为原料，通过可聚合深共晶溶剂（polymerizable deep eutectic solvent, PDES）的一步原位紫外光聚合制备LEG。
- 样品分组：按木质素含量（0.5 wt%、1 wt%、2 wt%）分别命名为LEG-1、LEG-2、LEG-3，对照组不含木质素。
- 关键步骤：将AA、EG、甜菜碱和AL在95℃下混合3小时，加入光引发剂2959后紫外固化20分钟（365 nm，350 W）。
3.2 材料表征
- 化学结构：傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）证实木质素与PAA链通过氢键形成动态交联网络（-OH峰红移，C 1s结合能偏移）。
- 流变性能：应力扫描显示所有LEG在1–1000 Pa范围内呈现固态行为（G′ > G′′），且随木质素含量增加，储能模量（G′）上升，表明交联密度提高。
- 光学与热学性能：LEG-2在700–800 nm波长透光率达97.5%，差示扫描量热法（DSC）测得玻璃化转变温度（Tg）为−23℃，证明其抗冻性。
3.3 力学与电学性能测试
- 超拉伸性：单轴拉伸测试显示LEG-1的断裂伸长率达4845%，是对照组的5.2倍；有限元模拟表明木质素动态交联点可均匀分散应力。
- 导电性：甜菜碱赋予LEG离子导电性（2.02 ms/m），拉伸至200%应变时LED亮度逐渐降低，显示应变-电阻响应性。
- 自修复性：损伤后3小时，机械强度与电导率恢复率分别达97.4%和100%。
3.4 传感器应用验证
- 人体运动监测：将LEG传感器贴附于面部、手指、膝盖等部位，可检测皱眉（ΔR/R0=1.2）、微笑（ΔR/R0=0.8）等微应变，以及行走、呼吸等大应变（GF=7.22，响应时间142 ms）。
- 信息加密：通过莫尔斯电码（Morse code）将手指弯曲信号转换为“点-划”电信号，实现“SOS”等信息的加密传输。
4. 主要研究结果
4.1 动态交联网络机制
木质素作为动态物理交联点，与聚丙烯酸（PAA）链通过氢键形成可逆网络。拉伸过程中氢键断裂与重构（FT-IR与XPS验证）维持了网络完整性，实现超高拉伸性（图3e）。
4.2 多功能性能平衡
- 自粘附性：木质素酚羟基与基底形成氢键、配位和π-π堆积，使LEG对金属、玻璃等粘附强度达97.4 kPa（图4c）。
- 环境稳定性：−20℃至60℃范围内导电性保持1.03–2.02 ms/m，拉伸性>2000%。
4.3 传感器性能
- 高灵敏度（GF=7.22@600–1200%应变）、快速响应（142 ms）及长期稳定性（1000次循环后信号无衰减）。
- 自修复传感器仍能识别手指弯曲（ΔR/R0保留率>90%）。
5. 研究结论与价值
科学价值：
- 提出木质素动态交联网络新策略，突破共晶凝胶拉伸性瓶颈（4845%）。
- 阐明氢键可逆性与多相相互作用对材料多功能性的协同机制。
应用价值：
- 为可穿戴传感器提供高环境稳定性、自粘附的柔性材料解决方案。
- 拓展木质素在高值化生物基电子器件中的应用。
6. 研究亮点
1. 创新材料设计：首次利用木质素构建动态交联点，实现共晶凝胶超拉伸性与自粘附性的统一。
2. 性能突破：拉伸性（4845%）和粘附强度（97.4 kPa）优于同类材料（图3d）。
3. 多场景应用：从人体运动监测到信息加密，验证了材料的实用潜力。
7. 其他价值
- 生物相容性：CCK-8实验表明LEG-2反应溶液（≤200 μg/mL）细胞存活率>95%。
- 方法普适性：PDES聚合工艺简单，可扩展至其他生物质高分子体系。