可直接穿戴在身上或集成在衣物中的智能可穿戴電子設(shè)備因其在持續(xù)健康監(jiān)測、安全保護和人機交互方面的廣泛應(yīng)用前景而受到關(guān)注。為了滿足可穿戴電子對低功耗、連續(xù)工作時長、穿戴舒適性和多種信號檢測等功能性日益增長的需求，設(shè)計和開發(fā)自供電、柔性、和無串?dāng)_的多功能傳感器非常必要。傳統(tǒng)上，傳感設(shè)備的功能擴展主要依賴于單一功能器件（傳感器、儲能器件、納米發(fā)電機等）和多種功能材料的集成和耦合，但這會大大增加系統(tǒng)制造的復(fù)雜性、尺寸和成本。在沒有算法支持的情況下，如何基于單一器件和單一傳感材料識別和量化不同種類的信號仍是一項挑戰(zhàn)。值得注意的是，智能水凝膠可通過改變自身的材料狀態(tài)滿足不同場景下的應(yīng)用需求，具有在不同狀態(tài)下與不同化學(xué)分子相互作用的潛力，因此是構(gòu)建柔性多功能傳感器的理想候選材料。
近期，中山大學(xué)吳進團隊和南京工業(yè)大學(xué)霍峰蔚教授合作，通過在水凝膠中協(xié)同引入兩種親水性迥異的離子（鋅離子和鋰離子），開發(fā)了一種智能自適應(yīng)性水凝膠，它可以輕松快速地在富水和缺水兩種狀態(tài)之間切換，用于構(gòu)建一種具有金屬空氣電池結(jié)構(gòu)的電化學(xué)自供電、柔性、氣體和濕度雙傳感功能可逆切換的化學(xué)傳感器。引入的氧氣可在構(gòu)建的碳布-水凝膠界面發(fā)生氧還原反應(yīng)，改變電路中的電流。所制備的水凝膠可在富水和缺水狀態(tài)之間輕松切換，是器件實現(xiàn)無串?dāng)_地感知氧氣和濕度的關(guān)鍵，這是由于氧氣分子和水分子在水凝膠富水和缺水狀態(tài)下能分別作為氧化還原反應(yīng)的限制物和催化劑參與到反應(yīng)中，成為改變電路中電流的主要因素。
在水凝膠的富水狀態(tài)時，氧氣成為電極-凝膠界面處氧還原反應(yīng)的唯一限制反應(yīng)物，只有其濃度的變化才能導(dǎo)致器件輸出電流的明顯改變，從而實現(xiàn)了其對氧氣的特異性感知。在低氧和高氧濃度范圍下的靈敏度分別增加到了 4170.5% 和 705.9%/%，且具有極低的檢測下限（0.4 ppm O2）和優(yōu)異的選擇性等。利用缺水狀態(tài)的離子導(dǎo)電 PAM 水凝膠制備了具有鋅空氣電池結(jié)構(gòu)的一體化電化學(xué)自驅(qū)動濕度傳感器。通過水脫附策略構(gòu)建的碳布電極-缺水水凝膠界面的界面阻抗大大提升，抑制了器件的氧傳感能力。依靠凝膠網(wǎng)絡(luò)中聚合物基團和引入的吸濕性鋰離子的水吸附作用，從環(huán)境中吸附的水分子不僅能參與到氧還原反應(yīng)中，還可以降低界面阻抗并促進界面反應(yīng)的進行，賦予了濕度傳感器在低濕和高濕范圍下分別高達 187.6%和380.2%/% RH 的靈敏度，遠高于對氧氣的響應(yīng)性。通過調(diào)控離子導(dǎo)電 PAM 水凝膠中的含水量，實現(xiàn)了在同一器件中可逆切換的氧氣和濕度雙模態(tài)感知功能。
通過與電路和無線傳輸技術(shù)結(jié)合后，該柔性可穿戴無線傳感器系統(tǒng)可實時和遠程監(jiān)測環(huán)境氧含量、經(jīng)皮氧分壓變化、呼吸和皮膚濕度，在安全、健康管理和非接觸人機交互領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。該工作以“Self-powered Switchable Gas-Humidity DifunctionalFlexible Chemosensors Based on Smart Adaptable Hydrogel”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上。通訊作者為中山大學(xué)電子與信息工程學(xué)院吳進副教授和南京工業(yè)大學(xué)柔性電子（未來技術(shù)）學(xué)院霍峰蔚教授。第一作者為中山大學(xué)研究生丁瓊玲。
中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會 中華人民共和國工業(yè)和信息化部 中華人民共和國應(yīng)急管理部 中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部 中華人民共和國財政部 中華人民共和國商務(wù)部 中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會
江蘇省發(fā)展和改革委員會 江蘇省工業(yè)和信息化廳 江蘇省財政廳 江蘇省生態(tài)環(huán)境廳 江蘇省科學(xué)技術(shù)廳 江蘇省商務(wù)廳 江蘇省應(yīng)急管理廳 江蘇省市場監(jiān)督管理局 江蘇省統(tǒng)計局
北京市化學(xué)工業(yè)協(xié)會 天津市石油和化工協(xié)會 遼寧省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 內(nèi)蒙古石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 重慶市石油與天然氣學(xué)會 河北省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 山西省化學(xué)工業(yè)協(xié)會 吉林省能源協(xié)會 黑龍江省石化行業(yè)協(xié)會 浙江省石油和化學(xué)工業(yè)行業(yè)協(xié)會 安徽省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 福建省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 江西省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 河南省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 湖北省石化行業(yè)協(xié)會 湖南省石油化學(xué)工業(yè)協(xié)會 廣東省石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會 海南省石油和化學(xué)工業(yè)行業(yè)協(xié)會 四川省化工行業(yè)協(xié)會 貴州省化學(xué)工業(yè)協(xié)會 云南省化工行業(yè)協(xié)會 陜西省經(jīng)濟聯(lián)合會 甘肅省石化工業(yè)協(xié)會 青海省化工協(xié)會
電話：協(xié)會：025-8799064 學(xué)會：025-86799482
會員服務(wù)部：025-86918841
信息部：025-86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
增值電信業(yè)務(wù)經(jīng)營許可證：蘇B2-20110130
備案號：蘇ICP備13033418號-1
電話：025-8799064
會員服務(wù)部：86918841
信息部：86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
電話：025-86799482
會員服務(wù)部：86918841
信息部：86910067
傳真：025-83755381
郵箱：jshghyxh@163.com
郵編：210019
地址：南京市夢都大街50號東樓(省科技工作者活動中心)5樓
