软导体在多功能传感器应用中显示出巨大的潜力。然而，电子和离子导电材料在大变形或低温下通常都很脆弱，导致灵敏度降低，这通常被忽视并且仍然是一个未解决的挑战。
最近，科研人员报告了一种新型的两性离子液体聚合物水凝胶，它具有非凡的机械多功能性、高透明度和导电性，以及克服上述限制的抗冻能力。由两性离子液体（ZIL）和甲基丙烯酸赖氨酸（LysMA）形成的导电两性离子纳米通道赋予水凝胶优异的导电性和低温耐受性。
此外，该水凝胶表现出高透明度、显着的拉伸性（超过 2000%）、自愈性、对各种基材的高粘附性和高导电性，即使在低温（-40°C）下也是如此。这些属性有利于传感器应用。由于这些出色的特性，水凝胶被评估用于皮肤传感器应用，基于水凝胶的传感器在使用和不使用 LiCl 的情况下分别显示高达 6.42 和 14.96 的应变系数 (GF)。更重要的是，这种水凝胶在极宽的工作范围内表现出高应变敏感性，具有良好的稳定性和可重复性。总之，具有柔性、可拉伸、自修复和抗冻特性的两性离子液体基电子传感器是可穿戴电子设备的应变传感器和离子皮肤的有希望的候选者。
图1（A）LysMA和ZIL的合成路线；LysMA(B) 和 ZIL(C) 的 1H NMR；(D) Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶的透明度；(E) Am-ZIL-LysMA 水凝胶的结构和分子间非共价相互作用示意图；(F) Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶的 SEM 图像。
图 2 不同配方的水凝胶的粘附特性。Am-ZIL-LysMA 水凝胶在不同基材上显示出优异的粘附性能：(A) 塑料、(B) 玻璃、(C) 不锈钢、(D) 铝板、(E) 猪皮、(F) 橡胶、(G) 纸，以及 (H) 手背；(I) 取出水凝胶时，手背上没有残留物；(J)搭接剪切试验示意图。不同LysMA(K)含量水凝胶的粘合强度，5次重复试验(L)，不同ZIL(M)含量；Am-ZIL10-LysMA7.5水凝胶对不同基材的粘合强度(N)，15倍的粘合剥离圈(O)。
图 3 (A) 拉伸变形照片，显示 Am-ZIL10-LysMA7.5水凝胶的 a) 拉伸、b-c) 打结拉伸、d) 扭转拉伸和 e) 交叉拉伸。(B) Am-ZIL10-LysMA7.5水凝胶的单轴拉伸试验和 (C) 压缩试验的数字图像；具有不同 LysMA (D,E,F) 和 ZIL (G,H,I) 含量的凝胶的机械性能（拉伸、压缩和韧性）；(J)不同应变下水凝胶的拉伸应力曲线；(K) Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶在 500% 应变下连续 10 个循环的加载-卸载曲线；(L) AmZIL10-LysMA7.5水凝胶在 500% 应变下连续 10 次循环的压缩加载-卸载曲线。
图 4 Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶的自愈特性。(A)自愈性能的显微观察；(B)拉伸变形照片，显示a)拉伸，b-c) 打结拉伸，d)扭转拉伸和 e)回收的 Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶的交叉拉伸；(C)治疗效率；(D)不同愈合时间的应力应变曲线。
图 5 Am-ZIL10-LysMA7.5水凝胶传感器的机电特性。(A) Am-ZIL10-LysMA7.5水凝胶在不同温度和状态下连接的闭合电路中灯泡的亮度变化；(B) Am-ZIL10-LysMA7.5水凝胶在电路中产生的传感器电阻信号示意图；(C)不同 ZIL 含量下水凝胶的电导率；(D) 0-700%应变下的应变系数；(E) 20%重复应变500次循环耐久性试验；不同循环拉伸释放水平下的相对阻力变化（ΔR/R0）：（F）小应变（1、2、3、4、5%），（G）中等应变（10、20、30、40、50%） ) 和 (H) 大菌株（100、200、300、400、500%）。
图 6 可穿戴 Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶电子传感器的传感应用演示。(A)以各种角度弯曲手指、(B) 肘部旋转、(C) 手腕弯曲、(D) 吞咽、(E) 微笑的面部表情和 (F) 膝盖弯曲的 ΔR/R0。检测不同字母发音的细微动作，即（G）“B”，（H）“D”和（I）“E”。
图7（A）无线传感器及数据传输过程系统图；(B) 基于 Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶的无线应变传感器和手机显示；照片显示了从肘部 (C) 和膝盖 (D) 的自然弯曲实时无线显示在手机上的在线监测。
图 8 PAAm 和 Am-ZIL10-LysMA7.5 水凝胶的防冻评估。
图 9 Am-ZIL10-LysMA7.5-LiCl 水凝胶的机电特性。
图10 (A) 三种水凝胶在-40℃时的应力-应变曲线；(B) 水凝胶在不同温度下的粘附强度曲线。
相关论文以题为A highly sensitive and ultra-stretchable zwitterionic liquid hydrogel-based sensor as anti-freezing ionic skin发表在《Journal of Materials Chemistry A》上。通讯作者是山东大学叶磊副教授，济南大学张炉青副教授。
参考文献：
doi.org/10.1039/D1TA09769E
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