封面说明
封面采用深蓝色背景，辅以水波纹及水滴元素，凸显水凝胶的高含水量与柔韧性。主体图像中，机器人托举水凝胶并仰视水滴；水滴内呈现水凝胶材料的黏附性、自修复特性及其在运动检测与健康监测等领域的应用。背景中交织的波动传感信号，将智能机器人与水凝胶材料紧密关联，生动诠释了人机交互的概念。
文章主要内容
水凝胶因其独特的性能在柔性应变传感领域具有广泛应用前景。杭州师范大学朱雨田课题组近期发表的综述文章，系统分析了水凝胶基传感器的关键性能参数（如灵敏度、检测范围、自愈合性、黏附力和生物相容性）的影响因素，并探讨了当前挑战与未来发展方向。
文章背景
水凝胶基应变传感材料是一种以水为主要成分的柔性材料，具有高含水量和类似生物组织的物理特性，能够通过感知由机械变形引发的物理和化学变化来响应外界刺激。近年来，水凝胶基应变传感材料的研究论文大量涌现，显示出该领域的蓬勃发展。然而，海量文献也给初学者和青年学者带来了挑战，难以快速把握学科发展的脉络与核心问题。
文章概述
本论文首先简要介绍了基于不同基体的柔性应变传感材料。按材料形态和组成的不同，将其分为薄膜基应变传感材料和凝胶基应变传感材料两大类。并将凝胶基应变传感材料根据其主要成分和物理化学特性进一步进行分类。重点探讨了薄膜基应变传感材料、有机凝胶基应变传感材料和离子凝胶基应变传感材料的近期的重要研究进展，并且论述了其传感机理、优缺点以及优化策略。
论文随后针对水凝胶基柔性应变传感材料，系统地分析了灵敏度、检测范围、自愈合能力、黏附力、生物相容性等性能等关键性能参数的影响因素。其中，论文详细介绍了水凝胶基柔性应变传感材料的自愈合性能和黏附性能。根据水凝胶的自愈合机理，可将其分为两类：一类是通过氢键、疏水作用、静电作用和离子相互作用等非共价键表现出自愈性的水凝胶，称为超分子自愈水凝胶；另一类是通过酰腙键、亚胺键、双硫键和DA可逆共价键的破坏与再结合，以及可逆反应实现自愈合功能的水凝胶，称为可逆共价键自愈水凝胶。并指出在实际应用中，超分子相互作用和可逆共价键往往协同发挥作用。
图1 主要的动态化学共价键和物理非共价相互作用的自愈机制分类
水凝胶与组织表面之间的黏附作用主要依赖于化学键的形成，在这里将其分为3种类型：静态共价键(橙色)包括碳碳键、酰胺键、碳氮键以及碳硫键；动态共价键(绿色)包括亚胺键、二硫键以及配位键；非共价相互作用(蓝色)包括氢键、静电相互作用、疏水相互作用以及π-π相互作用。在可穿戴设备、电子皮肤和生物医学传感中水凝胶的粘附性设计具有重要意义，具有黏附性的水凝胶无需额外固定装置，能够直接附着在复杂或动态表面(如皮肤、组织和柔性基底)上，实现稳定贴合和高效信号传输。黏附性使水凝胶与检测表面(如皮肤)紧密贴合，能够减少信号传输中的噪声和干扰，从而确保高灵敏度和精准检测。更重要的是，具有良好黏附性的水凝胶可以直接与生物组织相互作用，在医疗传感器、植入设备或伤口愈合监测等领域发挥重要作用，从而减轻对患者的负担。
图2 黏附水凝胶与材料之间的黏附机制
论文还对水凝胶基应变传感材料的抗冻性和环境稳定性能进行了论述与补充，介绍其重要研究进展，并总结了提升水凝胶稳定性的方法及其优缺点。
研究总结与展望
近年来柔性传感材料的研究，尤其是导电水凝胶基柔性传感材料的优良特性引起了越来越多研究人员的关注，关于其性能优化也有着显著的进展。未来水凝胶基应变传感材料的性能优化方向将朝着机械性能与灵敏度的协同提升、多功能集成化、生物医学应用、极端环境传感、绿色可持续材料、集成智能化以及人工智能与机器学习等方面不断发展。相信在不久的将来，通过对现存问题的不断研究，水凝胶基应变传感材料将为人类社会的发展和进步带来深远的影响。
上述工作以综述形式已在《高分子通报》2025年第8期印刷出版，论文的第一作者为辽宁石油化工大学石油化工学院硕士生陈蕤，通信联系人为杭州师范大学材料与化学化工学院朱雨田教授和辽宁石油化工大学石油化工学院赵桂艳教授。欢迎关注阅读！
引用本文：
陈蕤 , 常晓华 , 韩媛媛 , 赵桂艳 , 朱雨田 .
水凝胶基柔性应变传感材料设计及研究进展
高分子通报, 2025, 38(8),1193–1208
Chen, R.; Chang, X. H.; Han, Y. Y.; Zhao, G. Y.; Zhu, Y. T.
Progress in hydrogel-based flexible strain sensing materials.
Polym. Bull. (in Chinese), 2025, 38(8),1193–1208doi: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.064
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