能够粘附在任意和弯曲表面上并能够将机械变形转换为电信号的导电水凝胶在柔性和可穿戴电子和软机器人领域具有高度吸引力。然而，合成水凝胶的力学性能，特别是在重复弹性变形下的抗疲劳性能，远低于天然生物聚合物，这严重限制了它们在涉及重循环载荷的应用中的使用。例如，人类骨骼肌可以承受>109个变形周期，最高可达>40%的压缩应变。此外，不可避免的溶胀导致的稳健性降低极大地限制了它们在溶剂环境中的使用。

        受天然蜂窝材料非凡力学性能的启发，人们致力于构建具有超弹性和抗疲劳性的蜂窝结构。现有的高度可压缩和导电材料主要是碳基气凝胶、海绵和泡沫，它们使用柔性和坚固的碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯纳米片、有机衍生碳物种和两种碳材料作为构建块来制备。尽管定向冷冻铸造是一种广泛使用且具有成本效益的湿成型技术，用于蜂窝材料的构建，但精确控制蜂窝结构的分层空间几何形状（包括空隙和固体部分）仍然具有挑战性，并合理设计机械弹性成分，使机械弹性和抗疲劳性达到其理论极限。跨多个长度尺度的分层结构一直是，并将继续是实现具有非凡性能的革命性材料的灵感来源。到目前为止，很少报道能够在恶劣环境中可逆地承受大压缩应变的环境适应性和导电材料。此外，循环压缩后的机械强度和残余应变仍存在严重的永久衰减问题。

         金属纳米线，尤其是银纳米线（AgNWs），是制造机械可压缩导体的潜在候选者，因为它们具有高导电性和机械弹性，并且具有大的纵横比，并且可以通过大规模溶液合成制备。不幸的是，没有基于工程金属纳米线的可压缩和抗疲劳导体的报道，这可能是由于缺乏有效的制造策略。AgNW已经通过结构启用和基于材料的策略证实了其在构建机械可拉伸导体方面的广泛用途。因此，我们可以设想，通过设计成分和控制从纳米到微观甚至宏观的精细细胞结构的组合，应该有可能生产出在恶劣环境中具有强抗疲劳性和可使用性的机械可压缩AgNW基导体。

本文亮点

        1. 本工作报道了一种简单的方法，通过自组装和两阶段原位聚合工艺制备具有钢筋混凝土型成分和高曲折度互连细胞结构的高压缩和抗疲劳导电水凝胶。

        2. 所获得的复合材料表现出优异的机械压缩性，在空气和水中的>104循环载荷下，50%应变下的残余应变可忽略不计。

        3. 由于结构有利于对拉伸变形的各向异性响应以及弹性恢复，水凝胶具有传感尺寸，可以区分传感器表面上的运动方向和速度。

        4. 通过与亲油聚合物网络相互渗透，开发出在各种有机溶剂和低温下具有优异传感性能的高弹性和适应性有机水凝胶。

图1. CCAP水凝胶的制备。

        a、 通过定向冷冻组装和两阶段原位聚合工艺（即−18°C持续12 h和随后在室温下聚合2 h下的冷冻聚合）制备CCAP水凝胶的示意图。AM、MBAA和TEMED分别用作单体、交联剂和催化剂。b、 冷冻聚合过程中结构变化示意图。在阶段1中，在由AgNW表面周围紧密和松散结合的水的相变引起的不均匀张力下，室壁中的局部AgNW网络扭曲。通过同时原位聚合稳定，在阶段2中产生多孔结构。c、 大面积冰的融化导致相邻的薄片在室温下进一步聚合生长在一起，形成相互连接的高曲折度网络。

图2. 结构特征。 

        a–f，CCAP水凝胶不同放大倍数的扫描电子显微镜图像：俯视图（a–c）；侧视图（d–f）。g、 水凝胶的元素映射。h、 冷冻拉曼光谱显示了在−18记录的用于制造CCAP水凝胶的前体溶液中冰（红线和绿线）和结合水（蓝线和亮蓝线）的拟合峰 °C。i、 用于以5 K min−1的加热速率制备CCAP水凝胶的前体溶液的温度调制DSC扫描（黑线）。红线表示热流的可逆部分。星号表示结合水的熔点（267.8 K） 和冰（274.5 K） 。

图3. CCAP水凝胶具有高度可压缩性和抗疲劳性能。

        a、 循环压缩下的压缩应力-应变曲线。照片显示了500次压缩循环前后的水凝胶。b、 50%应变下的应力-应变曲线长达3 × 104次循环和在15%应变下长达105次循环。c、 CCAP水凝胶在高度和直径方面的时间依赖性溶胀率。d、 显示CCAP、DF-PAM和Ag/PAM水凝胶承受5 g在水中溶胀10天重量的照片。e、 水中不同压缩应变下的加载-卸载应力-应变曲线。f、 50%应变下的应力-应变曲线长达5 × 104次循环，在15%应变下最多5 ×105次 在水中循环。g、 能量损失系数、最大应力和残余应变超过5 ×105次在水中50%应变下循环。h、 Ashby图显示了与先前报道的材料相比，CCAP水凝胶在长期压缩循环期间的残余应变与压缩应变的关系。循环编号标记在符号旁边，括号中有参考号。红色、绿色、蓝色、粉色和黄色空心钻石分别代表使用石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、两种碳材料和有机衍生物质作为构建块的弹性材料。紫色实心钻石表示在水中的压缩。蓝色区域中的红色和绿色球体分别代表我们在空气和水中压缩的CCAP水凝胶。i、 显示CCAP水凝胶的示意图，其具有互连的层状网络和抵抗压缩力的多孔细胞壁（F）。j、 三个可恢复元素的能量耗散机制示意图：（1）纳米级AgNW网络的可逆弹性弯曲（F′1），（2）微观尺度多孔结构的可逆径向缓冲（F′2）和（3）宏观尺度互连的AgNW/PAM网络的全局弛豫（F′3）。

图4. 传感性能。

        CCAP水凝胶相对于空气和水中压力的归一化电阻变化（ΔR/R0）。b、 ΔR/R0。c、 空气中1000次压缩循环中50%应变下的ΔR/R0。d、 x方向滑动运动下的累积变形和结构恢复示意图。Δl和Δh分别是滑动过程中的瞬时拉伸变形和压缩变形。e、 示意图显示了当压制水凝胶时，电阻变化取决于x方向上的累积拉伸应变和压缩变形。选择位置1和2以显示冲压前后的结构演变。l和h是位置1处的横向和垂直尺寸。f、 g，ΔR/R0，以响应在x（f）和y（g）方向上以不同速度在CCAP表面上滑动。绿色和蓝色虚线显示水凝胶表面上运动的开始和结束。h、 ΔR/R0。i、 ΔR/R0与水中循环压缩过程中应变的关系。j、 ΔR/R0对手指在水中不同弯曲角度下的弯曲和放松循环的响应。插图显示了对手指在水中运动的监测。k、 ΔR/R0对手指在水中从0°到90°逐渐弯曲并放松到0°的反应。

图5. 基于CCAP的有机水凝胶在恶劣环境中的适用性。

        通过将CCAP水凝胶浸泡在含有BMA、LMA、EGDMA和DEAP的乙醇溶液中，合成具有互穿亲油-亲水网络的有机水凝胶，以及随后的紫外线辐射诱导聚合的示意图。b、 有机水凝胶在水和疏水性有机溶剂中的适应性机制示意图。在水中，溶胀的亲水性聚合物链暴露在凝胶表面上。在有机溶剂中，亲油链在表面发生转换。c、 d，循环压缩下，水（c）和正庚烷（d）中的压缩应力-应变曲线。照片显示了释放压缩后回收的有机水凝胶。e、 在水中和不同疏水性有机溶剂中1000次压缩循环后的最大应力保持率。f、 有机水凝胶在正庚烷中随压力的归一化电阻变化（ΔR/R0）。g、 ΔR/R0。h、 ΔR/R0，在正庚烷中50%应变下的100次压缩循环中。i、 −50 °C下100次压缩循环的应力-应变曲线。插入的照片显示压缩后有机水凝胶的良好恢复。j、 −50 °C下50%应变下100次压缩循环中的ΔR/R0。k、 l，照片显示当在正庚烷（k）和液氮（l）中压缩有机水凝胶时，灯泡变得更亮。

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