制备同时具有多种优异性能的水凝胶以及改善导电填料与水凝胶基质的相容性仍然是水凝胶传感器的一个重大挑战。针对此问题，东北林业大学材料科学与工程学院宋永明团队利用纤维素纳米纤维（CNFs）稳定的液态金属（LM）液滴引发丙烯酰胺单体（Am）聚合，同时作为导电填料。由此构建的水凝胶具有高拉伸性，高环境适应性和高灵敏度，以及优异的粘附性、电磁屏蔽性能和抑菌能力，适用于温度监测、可穿戴智能设备、电子皮肤和智能机器人等应用。

纤维素纳米纤维/液态金属水凝胶的制备和结构表征

CNF@LM液滴用于引发Am单体的快速聚合，明胶和rGO被引入到系统中，并进一步在甘油中交联，形成CLPRGG水凝胶。水凝胶体系中丰富的物理交联可显著提高机械性能。CNF的存在有效地阻止了LM液滴的团聚，提高了LM的分散性。

纤维素纳米纤维/液态金属水凝胶的机械性能和黏附性

Ga3+、CNF、rGO与水凝胶分子链之间的静电作用、水凝胶内部丰富的氢键以及明胶和PAM形成的双网络结构显著提高了水凝胶的力学性能，使其具有良好的抗疲劳性和回弹性。明胶分子链中存在的羟基、羧基和胺官能团可以与不同的接触表面形成相互作用，赋予水凝胶优异的粘附性和一定的自修复能力。

纤维素纳米纤维/液态金属水凝胶的电磁屏蔽性能和抗冻保水性能

LM液滴和rGO的2D片层结构协同放大了内部电磁波反射，显著增强了电磁波的衰减，甘油的加入使水凝胶的交联结构更加致密，增加了电磁波衰减的内部多次反射。甘油和水之间形成氢键，改善了水凝胶的抗冻性能并赋予水凝胶良好的保湿能力。

纤维素纳米纤维/液态金属水凝胶的传感性能

CLPRGG水凝胶具有优异的信号响应能力、温度敏感性以及出色的循环稳定性，即使在极端温度下仍能准确监测人体运动、书写信号和声带振动等微小形变。对外部温度变化敏感，具有很大的实际应用潜力。

该团队利用CNF@LM液滴引发Am单体的快速自由基聚合并充当导电填料，制备的CLPRGG水凝胶具有高拉伸强度、自粘附性、高环境适应性、优异的电磁屏蔽性能和抗菌性能以及出色的多传感特性，可用于温度监测、可穿戴设备、电子皮肤和智能机器人等领域。

该研究以“Cellulose nanofibers/liquid metal hydrogels with high tensile strength, environmental adaptability and electromagnetic shielding for temperature monitoring and strain sensors”为题发表在学术期刊《Carbohydrate Polymers》。东北林业大学2022级硕士研究生邹雨珊为一作，东北林业大学材料学院宋永明教授和北京林业大学材料学院刘毅副教授为共同通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122788