近年来，人们对开发具有优异机械性能和导电性能的复合水凝胶兴趣浓厚。

近期，福建工程学院耿立宏教授&吴建明老师以纤维素纳米纤维为第一网络，各向同性聚丙烯酰胺-丙烯酸为第二网络，聚乙烯醇为第三网络，通过循环冻融工艺制备了三重网络（TN）纤维素纳米纤维水凝胶。通过在外力场中预拉伸、Fe³⁺交联和添加Li⁺，有效地制备了坚固（9.43±0.14MPa拉伸强度、445.5±7.0%断裂伸长率）、坚韧（15.12±0.14MJ/m³韧性）且导电（0.0297±0.00021S/cm离子电导率）的TN纤维素纳米纤维水凝胶。所生产的复合TN纤维素纳米纤维水凝胶作为柔性传感器可实时监测和检测人体运动，凸显了其在可穿戴电子设备、医疗技术和人机交互方面的潜力。

图1.三重网络纤维素纳米纤维水凝胶的制备示意图。

图2.不同水凝胶的应力-应变曲线（A和B）以及相应的拉伸强度和断裂伸长率（A′和B′）。PAM/PVA/CNF/Fe³⁺-1%水凝胶的拉伸性（C）、压缩性（D）、应力-应变曲线（E）和相应的压缩强度（E′）。

图3.不同预拉伸应变的PAM/PVA/CNF/Fe³⁺-0.2%（A和A′）、PAM/PVA/CNF/Fe³⁺-0.5%（B和B′）和PAM/PVA/CNF/Fe³⁺-1%（C和C′）水凝胶的应力-应变曲线、相应的拉伸强度和断裂伸长率。

图4.CNF水凝胶（A）、PVA水凝胶（B）、PAM水凝胶（C）、PAM/PVA水凝胶（D）、PAM/PVA/CNF-1%水凝胶（E）和PAM/PVA/CNF/Fe³⁺-1%水凝胶（F）在相应放大倍数下的SEM图像。不同水凝胶的UV（G）和FTIR（H）光谱。预拉伸应变为100%（I）、300%（J）、500%（K）和700%（L）的PAM/PVA/CNF/Fe³⁺-1%水凝胶的横截面形态。

图5.PAM/PVA/CNF/Fe³⁺-1%水凝胶在不同LiCl含量下的离子电导率，预拉伸应变分别为0%（A）和700%（B）。预拉伸应变为700%时，含1.5wt%LiCl的未拉伸PAM/PVA/CNF/Fe³⁺-1%水凝胶和相应灯泡（C），以及拉伸水凝胶和相应灯泡（D）的照片。

图6.将PAM/PVA/CNF/Fe³⁺-1%水凝胶的拉伸强度、断裂伸长率和离子电导率与早期文献研究进行比较。

图7.将LiCl含量为1.5wt%、预拉伸应变为700%的PAM/PVA/CNF/Fe³⁺-1%水凝胶黏附在人的喉咙（A）、脸颊（B）、肘部（C）、手指（D）、手腕（E）和膝盖（F）处，以检测人体运动，并记录电阻变化（R/R0）。

图8.人机交互远程控制系统示意图（A）。该水凝胶应变传感器可追踪受试者的手势，并控制机器人手指执行相同的动作（B）。

该工作以“Constructing triple-network cellulose nanofiber hydrogels with excellent strength, toughness and conductivity for real-time monitoring of human movements”为题发表在《Carbohydrate Polymers》（DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121282）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121282