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1.文章导读

水凝胶因其柔软性与高含水特性，在柔性传感、可穿戴电子及软体机器人等领域具有重要应用潜力。然而，在实际应用中，尤其是水环境条件下，水凝胶普遍存在溶胀失稳、力学性能下降以及信号响应不稳定等问题，严重制约其在复杂环境中的长期可靠工作。针对上述挑战，西北工业大学张彪副教授课题组提出了一种适用于数字光处理（DLP）3D打印的抗溶胀双模态传感水凝胶体系。该工作通过多重物理相互作用协同调控，实现了水凝胶在水环境中的长期稳定性与优异力学性能，并赋予其电阻—电压双模态感知能力。进一步，通过构建水下软体抓手对材料体系的应用性进行了验证，为复杂环境下柔性传感与软体机器人应用提供了新的材料设计思路。

2.图文解析

图1展示了该抗溶胀双模态水凝胶的构筑策略与性能特点。该体系以含有酰胺基团和脲基的丙烯酰胺基脲（NASC）与丙烯酸（AA）共聚网络为基础，通过DLP 3D打印构建有机凝胶结构，并在溶剂置换过程中诱导多重相互作用的形成。在微观结构层面，体系中同时存在氢键作用、Ca²⁺离子配位以及由压电聚合物PVDF-TrFE引入的疏水相分离结构。这些多尺度相互作用共同构建了稳定的物理交联网络，有效降低了聚合物与水之间的相互作用，从而显著抑制水凝胶在水环境中的溶胀行为。同时，疏水相与物理交联网络协同作用，实现了材料在高含水状态下仍具备优异力学性能。

性能方面，该水凝胶表现出高韧性（15.2 MJ·m^-3;）、高延展性（超过1000%）及较高强度（2.8 MPa），并在水中浸泡100天后仍保持极低的溶胀率（约1.9%），显示出良好的尺寸与结构稳定性。在功能实现方面，通过引入Ca²⁺离子构建离子导电通路，并结合PVDF-TrFE的压电效应，实现了电阻信号与电压信号的双模态响应。其中，电阻信号对大形变更为敏感，而压电信号对小应变响应更为显著，两者协同提升了传感的准确性与适用范围。

进一步，作者利用DLP 3D打印构建了具有自感知能力的软体抓手，对材料体系在水环境中的稳定性与信号响应能力进行了验证。实验结果表明，该水凝胶能够在水下稳定输出信号，并实现对接触状态与形变过程的有效响应，体现出良好的环境适应性。

图1 抗溶胀双模态水凝胶的结构构筑与性能示意

3.总结与展望

本文面向水环境中传感水凝胶结构失稳与信号不可靠的问题，构建了一种兼具抗溶胀、高韧性与双模态感知能力的DLP 3D打印水凝胶体系。通过NASC/AA共聚网络与溶剂交换策略，引入氢键、离子配位及相分离等多重物理交联，实现了长期水浸条件下的尺寸稳定性与优异力学性能，并通过引入PVDF-TrFE构建离子—压电协同的双模态信号响应机制，成功实现了水下环境中稳定、可区分的电信号输出。同时，结合DLP 3D打印技术，实现了复杂结构器件的一体化构筑，并验证了其在水下软体抓取与形变感知中的应用潜力。

  首先，在抗溶胀水凝胶结构设计与机制方面，本文提出了基于溶剂交换诱导多重物理交联的结构构筑策略，实现了抗溶胀性能与力学性能的协同提升，为水环境稳定水凝胶的设计提供了新思路。

  其次，在多模态信号感知机制方面，构建了离子导电与压电响应耦合的双模态传感体系，实现了对拉伸与压缩等不同形变状态的差异化识别，提升了复杂环境下信号感知的可靠性。

  最后，在3D打印器件集成与应用方面，基于DLP 3D打印实现了结构与功能的一体化制造，并在水下软体抓手中验证了其稳定信号输出与实际应用能力，展现出良好的工程应用前景。