随着柔性电子、电子皮肤和可穿戴健康监测设备的快速发展，对柔性应变传感器提出了更高要求。理想的传感材料不仅需要柔软、可拉伸和导电性，还应在反复运动、低温环境、汗液接触以及局部损伤等复杂条件下保持稳定工作。然而，传统水凝胶容易失水或冻结，部分离子凝胶又存在成本、生物相容性和体系设计复杂等问题。如何在单一凝胶体系中兼顾高拉伸性、稳定导电、自粘附、自愈合、抗损伤和生物友好性，仍是柔性传感材料设计面临的重要挑战。

  近日，华南农业大学杨卓鸿教授团队与阿尔伯塔大学曾宏波院士团队合作，提出了一种基于可聚合深共晶溶剂和天然纤维素增强型的共晶凝胶设计策略。研究人员通过分子结构设计合成柠檬酸衍生季铵盐CACl，与丙烯酸AA构筑可聚合深共晶溶剂CA-DES，并进一步引入单宁酸改性羧基化纤维素纳米纤维TA-CCNF，构建了多层级动态增强半互穿网络。该设计使离子传导、聚合网络、纳米增强和动态相互作用在同一材料体系中协同实现。

  所制得的CAT共晶凝胶表现出良好的综合性能，包括高拉伸性、离子导电、自粘附、自愈合、抗损伤、抗菌和细胞相容性等特性。基于该共晶凝胶构筑的柔性应变传感器可在约1000%的应变范围内工作，最高应变灵敏系数为7.82，具有快速响应能力，并能在扭转、伤口损伤和自愈合后继续保持稳定的信号输出。

  2026年7月29日，相关工作以“Tannic Acid-Modified Cellulose Nanofiber Reinforced Polymerizable Eutectogels for High-Performance Stretchable Strain Sensors”为题，发表在《Advanced Functional Materials》上。华南农业大学杨卓鸿教授、袁腾教授与阿尔伯塔大学曾宏波院士为本文的共同通讯作者。华南农业大学博士研究生吴煌与胡洋副教授为本文的共同第一作者。

图1 可聚合CA-DES与TA-CCNF共同构筑多层级动态增强网络。

  研究的核心出发点在于让DES参与网络构筑。CA-DES由CACl和AA组成。其中，CACl提供离子传导、氢键作用位点和季铵盐结构；AA既是深共晶溶剂中的氢键供体，又是可以原位聚合的单体。在紫外光下引发聚合后，AA聚合形成聚丙烯酸共价网络，CACl则通过氢键、离子作用和柔性链段调控网络结构。相比传统后添加策略，这种设计有助于减少相容性不足和局部分散不均的问题，使导电相与力学网络更自然地整合在一起。

  在此基础上，研究人员进一步引入TA-CCNF作为多功能增强单元。纤维素纳米纤维提供刚性支撑和应力传递通道，单宁酸则带来丰富的酚羟基、邻苯二酚和芳香结构，可与凝胶基体形成多重动态相互作用。在该研究中，TA-CCNF作为承担纳米增强、动态交联和界面调控功能的结构单元，通过PAA共价网络、纳米纤维网络和动态超分子网络的协同，实现材料在结构稳定、柔软变形和功能恢复之间的良好平衡。

图2共晶凝胶的力学性能。

  力学测试表明，TA-CCNF的加入显著改善了共晶凝胶的综合力学表现。优化样品CA5T10的断裂伸长率可达2483%，同时保持较好的结构完整性和能量耗散能力。循环加载-卸载过程中，材料在初始网络重排后逐渐进入稳定循环状态，说明动态网络能够在变形过程中持续参与耗能和恢复。另外，TA-CCNF的引入有助于增强应力传递和应力分散能力。

图3共晶凝胶的抗损伤和自愈合性能。

  该研究进一步考察了缺口、撕裂和穿刺等更接近实际使用的损伤场景。优化样品CA5T10在预制50%宽度缺口后仍能承受较大拉伸变形，并表现出一定的抗裂扩展能力；在穿刺测试中，尖锐物移除后凝胶能够恢复基本形态。这些结果说明，材料内部的动态相互作用和纳米纤维增强网络可以在损伤区域分散应力、延缓破坏过程，从而提升材料在复杂服役环境下的可靠性。此外，CAT共晶凝胶还表现出自粘附和自愈合特性，这些特性来源于多重界面相互作用。切断后的样品重新接触后，可通过动态键重组恢复力学和电学连续性。对于可穿戴传感器而言，这种界面适应和损伤恢复能力有助于减轻贴附松动、局部划伤或反复弯折对信号稳定性的影响。

图4基于共晶凝胶制得的传感器在人体运动和损伤状态下的信号输出。

  基于优化样品CA5T10共晶凝胶制备的应变传感器可在宽应变范围内工作，并具有高灵敏度和快速响应能力，能够实时监测手指、手腕、膝关节等人体运动，也可识别按压、脉搏等较小幅度信号。此外，在扭转、缺口损伤和自愈合状态下，传感器仍能输出稳定的周期信号。该研究将材料的自粘附、自愈合、抗损伤能力与导电网络稳定性相结合，进一步体现了材料面向实际服役场景的应用价值。

  本研究展示了一种将可聚合DES与天然纳米纤维增强相结合的共晶凝胶设计思路。通过分子结构和网络层级设计，使离子传导、力学增强、动态恢复和界面适应在同一体系中协同实现。CACl/AA构成的CA-DES使导电相和聚合网络在源头上整合；TA-CCNF则同时发挥纳米增强、动态交联和界面调控作用。由此构筑的CAT共晶凝胶在高拉伸、自粘附、自愈合、抗损伤、抗菌和细胞相容性等方面表现出优异的综合平衡。这一工作为开发耐用型柔性传感器、电子皮肤和软体智能器件提供了一种具有参考价值的材料设计策略。

  论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.77401