类型a：学术研究报告
一、主要作者及研究机构
本研究的通讯作者为河北科技大学光电表面与界面河北省重点实验室的Xuelei Pang和Xudong Yu，第一作者为Haoran Wu。合作者包括来自山东第一医科大学附属肿瘤医院的Zengfen Pang等。该研究发表于Chemical Engineering Journal（2024年8月21日在线发表），论文标题为《Strong adhesive, high conductive and environmentally stable eutectogel based on “water in deep eutectic solvent”: ultrasensitive flexible temperature and strain sensors》。
二、学术背景与研究目标
本研究属于柔性电子传感器材料领域，聚焦于开发一种兼具高导电性、强粘附性和环境稳定性的eutectogel（共晶凝胶）。传统的水凝胶和离子液体凝胶在柔性传感器应用中存在机械性能差、易吸湿、低温冻结等问题。而deep eutectic solvent (DES，深共晶溶剂)因其低挥发性、宽温域稳定性和高离子导电性成为潜在替代材料。然而，现有的DES基凝胶仍面临机械性能不足、疲劳耐受性差等问题。
本研究的目标是开发一种基于“water in DES”（水在深共晶溶剂中的分散体系）的新型共晶凝胶，通过优化组分（如丙烯酸、羟乙基丙烯酸酯和高度支化修饰的聚乙烯亚胺）的光引发共聚，实现高拉伸性（>3500%）、强粘附性（132±9 kPa）、高导电性（2.7±0.1 mS/cm）及宽温域稳定性（-40℃至60℃）。
三、研究流程与方法
1. 材料制备
- DES合成：将氯化胆碱（ChCl，氢键受体）与乙二醇（EG，氢键供体）以摩尔比1:2混合，70℃搅拌12小时形成均相溶液。
- 水含量优化：向DES中加入不同质量分数（0%-75%）的水，通过红外光谱（FTIR）和拉曼光谱分析氢键网络变化，确定30 wt%水含量为最佳。
- 共晶凝胶制备：将丙烯酸（AA）、羟乙基丙烯酸酯（HEA）和改性聚乙烯亚胺（iPEI）在DES-水体系中光聚合（365 nm紫外光，180秒），形成三维交联网络。
性能表征
传感性能验证
四、主要结果与逻辑关联
1. 水含量与性能关系：30 wt%水含量时，DES中氢键网络保持稳定（FTIR证明），既避免环境吸湿，又提升离子电导率。
2. iPEI的协同作用：高度支化的iPEI作为交联剂，通过共价键和非共价键（氢键、静电作用）增强网络韧性，同时形成多孔结构（SEM显示），促进离子迁移。
3. 宽温域稳定性：DES-水体系的低共熔特性（DSC证实玻璃化转变温度为-126℃）赋予凝胶抗冻/抗干燥性能，支撑极端环境应用。
4. 多模式传感：凝胶可同时监测关节运动（如手指弯曲）和生理信号（如脉搏波形中的P、T、D峰），并替代商用心电图电极（ECG信号稳定性达12小时）。
五、研究结论与价值
本研究提出了一种新型共晶凝胶设计策略，通过“water in DES”体系和iPEI交联协同优化，解决了柔性传感器材料的环境稳定性与机械-电学性能矛盾。其科学价值在于揭示了水含量与DES氢键网络的定量关系，应用价值则体现在：
1. 医疗健康：长期稳定的生理信号监测，适用于个性化医疗诊断。
2. 火灾预警：高TCR特性可用于实时温度报警。
3. 柔性电子：强粘附性和高拉伸性支持可穿戴设备开发。
六、研究亮点
1. 创新材料体系：首次提出“water in DES”共晶凝胶，平衡环境稳定性和高性能。
2. 多功能集成：单材料同时实现应变/温度传感、自愈合和阻燃（LOI=29.3%）。
3. 临床级性能：传感精度媲美医院ECG电极，突破传统凝胶寿命限制。
七、其他价值
分子动力学模拟（MD）揭示了低温下氢键增强机制，为材料设计提供理论支持。此外，凝胶的透明性（93%）和可加工性（UV固化）为其工业化应用奠定基础。