傳感技術(shù)是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的支柱之一。由軟材料構(gòu)建的柔性傳感器件可作為傳統(tǒng)硬質(zhì)傳感器件的重要補充，在可穿戴傳感、智慧醫(yī)療、軟機器人、人機交互等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。得益于離子導(dǎo)電凝膠材料良好的生物相容性、力學(xué)匹配性和類生物導(dǎo)電機制，離子導(dǎo)電凝膠被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ娜嵝詡鞲胁牧现�一，在運動感知、健康監(jiān)測、通訊交流等領(lǐng)域得到廣泛研究。然而，由于凝膠網(wǎng)絡(luò)本征的親水特點，傳統(tǒng)離子導(dǎo)電凝膠傳感材料在水環(huán)境中缺乏穩(wěn)定性，無法應(yīng)用于包括海洋在內(nèi)的各類水環(huán)境中。而海洋與陸地一樣，是人類的重要活動空間，尤其是隨著海洋開發(fā)戰(zhàn)略的推進，發(fā)展海洋傳感材料成為迫切的需求。因此，解決離子導(dǎo)電凝膠材料的海洋穩(wěn)定性問題，發(fā)展適用于海洋環(huán)境的高性能凝膠傳感器件對于海洋活動具有重要意義。

近年來，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所智能高分子材料團隊研究員陳濤和博士魏俊杰，致力于離子導(dǎo)電凝膠基智能傳感材料的研究，并利用疏水界面對水分子和導(dǎo)電離子的擴散屏障功能實現(xiàn)了導(dǎo)電凝膠材料的水下多功能傳感應(yīng)用。然而，含鹽海水的高導(dǎo)電性會對離子凝膠傳感器的傳感性能產(chǎn)生明顯的抑制作用，導(dǎo)致離子導(dǎo)電凝膠的海洋傳感性能存在不足。對此，該團隊近期在疏水界面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進一步利用質(zhì)子導(dǎo)電機制和鹽誘導(dǎo)解離效應(yīng)設(shè)計了在海水環(huán)境中具有鹽適應(yīng)能力的離子液體凝膠材料，實現(xiàn)了海洋傳感應(yīng)用。

如圖所示，該工作合成了一種同時含有親水鏈段（接枝有磺酸基團-SO3-和季銨根基團-N(CH3)3+）和疏水鏈段的聚合物Proton Conductive Material（簡稱PCM），并將其引入到由疏水單體（MMA）和疏水離子液體（[BMIm]PF6）構(gòu)建的耐水性離子導(dǎo)電凝膠中。聚合物PCM中的疏水鏈段可以使其在疏水凝膠中具有良好的相容性，而親水鏈段中的兩性離子基團可促進離子液體發(fā)生解離，提高凝膠中的自由離子含量。此外，-SO3-與[BMIm]+的靜電作用為質(zhì)子提供了遷移通道，在離子導(dǎo)電凝膠中形成了特殊的質(zhì)子導(dǎo)電機制，進一步提高了凝膠的導(dǎo)電性，為改善其在高導(dǎo)電性海水中的傳感性能奠定了基礎(chǔ)。[BMIm]+-Cl-的作用強度高于Na+-Cl-和[BMIm]+-PF6-的作用強度，因此海水中的鹽能夠?qū)δ�膠中的離子液體產(chǎn)生誘導(dǎo)解離作用，使凝膠的導(dǎo)電性隨著鹽含量的增大而提高，即導(dǎo)電能力的鹽適應(yīng)性增強。這種鹽適應(yīng)導(dǎo)電增強能力使得凝膠傳感器的傳感靈敏度不會因為高鹽含量海水的高導(dǎo)電性而受到削弱，反而展現(xiàn)出遠超空氣環(huán)境和純水環(huán)境的傳感性能。基于這種特性，該鹽適應(yīng)離子導(dǎo)電凝膠被應(yīng)用于潛水人員的呼吸監(jiān)測、運動感知、海下信息通訊以及海洋機器人的動作識別等海洋傳感領(lǐng)域，展現(xiàn)出良好的傳感性能。

這一鹽適應(yīng)凝膠傳感材料初步滿足了海洋應(yīng)變傳感需求，為未來進一步構(gòu)建高靈敏、多模式海洋傳感材料提供了設(shè)計思路。相關(guān)研究成果以Salt-Adaptively Conductive Ionogel Sensor for Marine Sensing為題，發(fā)表在Small（DOI:10.1002/smll.202305848）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、寧波市重點研發(fā)計劃和寧波市自然科學(xué)基金等的支持。

導(dǎo)電凝膠的鹽適應(yīng)結(jié)構(gòu)與海洋傳感應(yīng)用