近年來，導電水凝膠在智能穿戴電子領域引起了廣泛的關注。盡管導電水凝膠目前得到了廣泛的研究，但機械性能（拉伸性能、強度和韌性）和電學性能（導電性、靈敏度和穩定性）之間的平衡仍然面臨巨大挑戰。此外，水凝膠在水中的不良膨脹會造成力學性能和電學性能的喪失，導致其無法在水環境中實現進一步的應用。因此，設計具有優異力學性能、電學性能和抗膨脹的導電水凝膠對水下柔性器件的開發至關重要。

近期，福州大學賴躍坤教授團隊在Advanced Functional Materials期刊上發表文章"Flexible MXene-Based Hydrogel Enables Wearable Human-Computer Interaction for Intelligent Underwater Communication and Sensing Rescue"，報道了采用疏水締和方法構建具有優異力學性能和電學性能的導電水凝膠。該導電水凝膠由明膠、丙烯酰胺、甲基丙烯酸十八烷基酯、SDS、NaCl和MXene制得，展現出高拉伸性（1224%）、高傳感線性度（R2=0.999）和寬應變范圍（2% ~ 700%）。此外，研究人員進一步通過表面封裝技術，成功在各種液體環境下實現液下監測以及有效的水下信息傳遞，可對潛在危險進行預警。該工作為智能可穿戴傳感器和水下監測裝置的設計與構建提供了新的思路（圖1）。

圖1 導電水凝膠的合成示意圖以及用于水下通信和救援預警示意圖

如圖2所示，該水凝膠具有優異的力學性能。疏水單體和親水單體通過膠束聚合。聚合物鏈的疏水部分與表面活性劑膠束形成動態疏水締合，作為物理交聯中心，進一步提高水凝膠的力學性能。

圖2 力學性能表征

如圖3所示，該導電水凝膠展現出0.999的高線性靈敏度，具有2% ~ 700%的寬應變傳感范圍。在500%應變下進行1200個加載-卸載循環，顯示出穩定的電阻響應性和可重復性。同時也展現出寬范圍的壓力傳感性能。

圖3 傳感性能表征

通過使用PDMS/Triton X-100構建表面防水層，該封裝層展現出優異的水下穩定性和水下粘附性。通過該封裝層包封的親水水凝膠同樣表現出優異的水下抗溶脹性能，該方法為親水性導電水凝膠實現水下傳感提供了一種新的方法（圖4）。

圖4 表面封裝層

由于該復合器件的水下穩定性，將其應用于水下通信與運動監測。通過定義摩爾斯電碼，可以簡單實現信息傳遞。在水下可以實現彎曲，壓縮等接觸式傳感，也可實現不同環境下的非接觸式水位檢測（圖5）。

圖5 水下通信與傳感

將水凝膠器件集成到報警系統中，當傳感電流超過設置值時，LED燈開始閃爍并報警。可通過設定水位高度作為報警水位限，當器件與水面高度差超過是設定值時，報警燈開始閃爍，展現出水下預警能力（圖6）。

圖6 水下智能預警系統

福州大學石油化工學院博士生倪藝萌為本論文的第一作者，賴躍坤教授，黃劍瑩教授和蔡偉龍教授為通訊作者。研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金項目、福建省杰出青年自然科學基金項目、福建自然科學基金項目等基金項目的資助。

審核編輯：劉清