离子水凝胶具有导电性和可拉伸性，在柔性可穿戴设备中显示出巨大的应用潜力。然而，较差的机械和电气性能、较低的制造精度以及缺乏自粘性严重限制了它们在水凝胶可穿戴设备中的实际应用。本文，湖南大学王兆龙副教授，上海交通大学郑平、duanhg@hnu.edu.cn等研究人员在《ACS Appl. Electron. Mater.》期刊发表名为“3D Printed Ultrasensitive Graphene Hydrogel Self-Adhesive Wearable Devices”的论文，研究提出一种利用LCD光固化3D打印技术制造的可拉伸、高导电和自粘离子水凝胶。将2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸（AMPS）、丙烯酸4-羟基丁酯（HBA）和石墨烯结合以制备可印刷离子导电水凝胶。

结果表明，该水凝胶表现出优异的导电性（0.0487S/cm）、优异的线性灵敏度（GF=1.86，在100%应变范围内）、惊人的拉伸性（1200%应变）以及与各种材料的强粘合性能。此外，基于HBA–AMPS–石墨烯（HAG）水凝胶的柔性可穿戴设备可以监测从微小尺度（呼吸和说话）到大活动（如肘关节和膝关节运动）的各种人体运动。最重要的是，水凝胶可穿戴设备可以捕捉脉搏跳动和呼吸的信号，这些信号非常轻，难以监测。我们的可打印离子水凝胶可穿戴设备有望在运动监测、健康检测、人机界面等方面应用。

图1. 合成HAG水凝胶的示意图。

图2. HAG水凝胶的机械性能。

图3. 灰黑色HAG水凝胶（HBA50/AMPS50/GRA0.1）的粘附性能

图4. 印刷的HAG水凝胶的电气性能。

图5. HAG水凝胶（HBA50/AMPS50/GRA0.1）可穿戴设备的应用

综上所述，作者提出了一种用于柔性可穿戴设备的可打印的离子水凝胶，它具有成型速度快、可定制的三维结构和成本低等优点。基于我们的可打印水凝胶的这些优点，基于可打印电离水凝胶的可穿戴设备被应用于监测各种人体运动，如呼吸和说话，肘部，膝关节运动等。最重要的是，该水凝胶可穿戴设备的超高导电性和可拉伸性使其能够捕获脉搏跳动和呼吸的运动。这些可打印的离子水凝胶有望在软体机器人、运动监测、健康监测、人机界面等方面得到广泛应用。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsaelm.2c00867

文章来源：公众号【材料分析与应用】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。