液態金屬交聯水凝膠使得感測器更耐用
May 26,2026 | Adhesive
導電水凝膠被廣泛視為生物感測器、仿生機器人與智慧柔性感測領域極具潛力的核心材料。其柔軟的材料特性與良好的導電能力，十分適用於可穿戴電子及軟性感測元件。然而，傳統水基導電水凝膠仍存有明顯缺陷，普遍機械強度不足、韌性較弱，且對於乾燥、低溫等環境變化耐受度偏低，易發生脫水硬化、低溫凍損等狀況，大幅限制其實際產業應用。為解決上述問題，研究團隊開發一款新型複合水凝膠系統，透過導入深層共晶溶劑（DES）搭配液態金屬作為聚合啟動劑與交聯媒介，有效改善傳統水凝膠的機械弱點與環境穩定性問題。
此複合材料採用簡易且易於量產的製備流程。研究團隊首先以Tween‑20作為表面活性劑，輔以高速均質處理，將液態金屬奈米粒子（LMNPs）均勻分散於以膽鹼氯化物與甘油為基底的深層共晶溶劑中，避免奈米顆粒聚集，提升分散均勻度。隨後於溶液內加入丙烯酸與丙烯酰胺單體，並透過超音波處理，啟動由液態金屬介面所引發的自由基聚合反應，藉此建構出具備雙網絡結構之LM‑PVA‑P(AA‑co‑AM)導電水凝膠。在該體系中，液態金屬除作為導電填料之外，亦承擔聚合啟動劑與交聯劑的雙重角色，協助打造緻密且穩定的高分子網絡。
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機械強度與環境適應性升級
經一系列力學測試驗證，該雙網絡水凝膠展現均衡且優異的機械表現：斷裂應力1.34 MPa、斷裂應變517%、韌性達5.68 MJ/m³、楊氏模量為1.2 MPa。除具備高強度與高延展性外，材料亦擁有優異的抗疲勞性能，可承受反覆變形與循環拉伸，不易產生結構破壞與性能衰減，符合柔性穿戴設備長期使用之需求。
相較純水系傳統水凝膠，DES基材的導入顯著強化材料環境穩定性。深層共晶溶劑揮發性低，可有效鎖住內部水分，緩解乾燥環境下的水分散失問題；同時能降低凝膠整體冰點，抑制低溫環境冰晶生成，賦予材料優異的抗乾燥與抗凍雙重特性，讓水凝膠可在溫度波動與乾燥氣候等多變環境下穩定運作。
導電性能與應變感測潛力
該創新水凝膠同時兼具導電、抗菌與高靈敏感測等複合功能。體系內均勻分布的液態金屬奈米顆粒可形成連續導電路徑，使材料電導率達0.30 mS/cm；此外，液態金屬與高分子網絡產生協同效果，賦予材料良好抗菌能力，提升生物穿戴場景的使用安全性。在感測測試中，此水凝膠能夠靈敏響應關節彎曲、肢體活動等多種人體動作，具備反應快速、訊號穩定與重複性佳等優點，可有效將機械變形轉換為標準化電訊號。
整體研究結果表明，結合DES與液態金屬的雙網絡水凝膠，成功整合高機械韌性、環境穩定性、導電性、抗菌性與高靈敏感測能力，解決傳統導電水凝膠的各項短板。此研發策略為柔性感測器、穿戴式醫療裝置、仿生軟體機電元件等新興柔性電子領域，提供一條高實用性的永續開發路徑。
内容來源：www.european-coatings.com/
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