摘要：

近年来，具有高灵敏度、柔韧性和变形能力的柔性应变传感器在人机交互、人造皮肤、人工智能、可穿戴设备和软机器人等领域具有潜在的应用前景。应变传感器的关键是设计和制造高韧性和可变形的材料，能够将外部环境给予的刺激（如应力、应变、剪切等）转化为电信号（如电阻、电容、电流和电压等），以实现对人体宏观运动信号和微妙生理信号的实时捕捉。迄今为止，在高性能应变传感器的设计方面取得了快速进展。为了组装应变传感器，已经开发了各种具有高柔韧性、高灵敏度、生物相容性、水导电性和可变形性的水凝胶。然而，水凝胶的机械性能不足限制了其应用潜力。为了提高水凝胶的机械性能，人们开发了一些成功的策略，包括纳米复合水凝胶、拓扑水凝胶和多交联网络水凝胶。特别是，细菌纤维素（BCs）是由细菌产生的大多糖分子。由于其相对纯净的化学成分、良好的机械强度和机械稳定性、高结晶度和生物相容性，基于BCs的水凝胶可以成为强化、柔性超级电容器和可穿戴传感器的理想候选材料。 通常，富含高含水量的导电水凝胶可以允许离子快速传输。然而，使用去离子水作为分散剂的传统导电水凝胶不可避免地会遇到冻结问题，降低了水凝胶的工作温度范围和寿命。目前，主要有两种策略来解决冻结问题。第一种策略是将两性离子聚合物/聚电解质引入水凝胶中，或将离子/两性离子引入水凝胶的分散介质中。为了达到抗冻目的，需要引入更高浓度的离子，这会导致导电水凝胶的氢键和机械性能下降。第二种是将多元醇（如山梨醇、乙二醇、甘油）引入有机水凝胶的分散介质中。当多元醇被引入导电有机水凝胶中时，一些水分子被多元醇取代，多元醇可以在二元体系中容易地形成氢键，在提高工作温度范围的同时增强有机水凝胶的机械性能。实际上，水含量的减少会影响水凝胶的导电性，限制其应用潜力。经典的策略是通过引入导电聚合物、石墨烯、碳纳米管、聚苯胺、MXenes和金属离子等导电部件来构建复合水凝胶，以解决这个问题。其中，金属离子通过一系列不同的特征与反馈水凝胶一起显示出巨大的潜力。在文献中，金属配位键被用于构建能量耗散机制，以提高水凝胶的机械性能和电性能。然而，水凝胶的其他性能，如粘附性和自愈合性，却被忽略了。有一些关于具有自愈合能力、高韧性和良好灵敏度的纤维素基或聚合物基导电凝胶的报道。Ding和他的同事开发了一种具有优异生物相容性、粘弹性和快速自愈合能力的CNF - PPy/PB杂化水凝胶。在之前的文献中，我们的团队对具有自愈合能力和良好灵敏度的水凝胶，如纤维素基水凝胶、半纤维素基水凝胶和网络水凝胶，做了系统的工作。 值得注意的是，自然界中皮肤和肌肉等生物软组织由于存在多级协同网络结构而具有柔韧性和敏感性。受生物软组织多级结构的启发，本文报道了一种以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和聚乙烯醇（PVA）共价交联聚合物为第一网络，以细菌纤维素（BCs）和氯化钙通过配体结合为第二网络的双网络多功能有机水凝胶。第一网络主要作为双网络结构中的软相，以维持有机水凝胶的稳定性和弹性，同时第二网络通过形成纳米增强区域来提高有机水凝胶的韧性和自愈合性能。此外，构建的应变传感器不仅可以检测人体的宏观运动，还可以检测微妙的生理信息，包括行走、手指、肘部和膝盖弯曲、按压、吞咽、眨眼和语音识别。这些优势使有机水凝胶在可穿戴传感器和其他电子设备中具有潜在的应用价值。