目前報道的導電水凝膠傳感器主要基於薄膜形式，通過可檢測的電信號變化來感知外界刺激，這在一定程度上阻礙了它們在更多樣化場景中的應用*️⃣。研究表明💆🏽‍♂️，將水凝膠微型化是提高其靈敏度的有效方法之一🤾🏻。水凝膠微纖維是微型化水凝膠的典型例子👩🏻‍🎤。然而，目前製備兼具可紡性和力學強度良好的無塗層且保水的導電水凝膠微纖維仍然存在較大的挑戰。

      孫勝童所在的課題組針對水凝膠微纖維在脫水與導電性👴🏻、可紡性與纖維強度之間的不匹配性，提出了一種基於氧化還原活性鐵-檸檬酸絡合物調控的連續拉伸紡絲工藝，並利用丙烯酰胺/丙烯酸鈉共聚物(P(AAm-co-AA))的水/甘油混合溶液製備出可拉伸、抗凍👨🏻‍🦯、保水性能好的智能導電P(AAm-co-AA)水凝膠微纖維網⛷。相關工作Redox‐Active Iron‐Citrate Complex Regulated Robust Coating‐Free Hydrogel Microfiber Net with High Environmental Tolerance and Sensitivity近期被 Advanced Functional Materials接收。

圖1. 拉伸紡絲法製備P(AAm-co-AA)水凝膠微纖維網的示意圖及纖維的形貌結構和尺寸調節圖

      幹燥後的P(AAm-co-AA)/Fe(III)水凝膠微纖維呈圓柱形，斷裂面致密均勻。通過改變註射器擠出速度和收集器轉速👌🏽，水凝膠微纖維的直徑可以從30到120 μm精細調節。垂直於纖維軸的非對稱二維SAXS圖案和尖銳的方位角(FWHM≈6.5°)說明水凝膠纖維具有良好的鏈取向。

圖2. 水凝膠微纖維的力學性能和抗凍性

      水凝膠微纖維通過Fe(III)與羧酸基團的動態配位可以有效地耗散能量🙇🏽‍♀️，因此具有高彈性和良好的循環拉伸性能♞。甘油的存在使纖維還具有良好的抗凍性，在-40 ℃的環境中🧟，依然具有較好的拉伸性能。

 圖3. 環境濕度和UV對纖維的力學性能具有可調節性

      在不同濕度環境中👨🏿‍🦰，纖維具有不同含水量的同時表現出不同的力學性能。此外，UV可使Fe(III)被檸檬酸還原成Fe(II)🌧，因此UV對纖維的力學性能也具有明顯的影響。

圖4. 水凝膠微纖維對濕度和紫外光的刺激響應性以及在應變傳感方面的應用

      與許多其他含離子的水凝膠相似👩🏼‍⚕️，P(AAm-co-PAA)/Fe(III)水凝膠微纖維具有良好的導電性🚶🏻‍♂️‍➡️。水凝膠微纖維網對環境濕度和紫外光具有靈敏的刺激響應，同時還可以應用於應變傳感器。

      簡要來說，本研究基於氧化還原活性鐵-檸檬酸絡合物調控的連續拉伸紡絲工藝製備出抗凍、無塗層且保水的彈性水凝膠微纖維網👩‍👧‍👧。此外🙆‍♀️，水凝膠微纖維的力學性能受環境濕度和紫外光調節，這使水凝膠微纖維對外界環境刺激具有智能響應🚋。該氧化還原化學調控的拉伸紡絲方法可潛在地擴展到製備具有更先進的傳感和驅動應用的智能水凝膠微纖維。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910387