近年來，水凝膠水凝膠因其在組織工程、材料軟體機器人和可穿戴電子領域的水凝膠潛力而受到廣泛關注。但是材料大多數水凝膠設備需要依賴外部電源進行信號激發，導致設計笨重，水凝膠限制了其潛力。材料目前業內提出自供電水凝膠的水凝膠解決方案，克服了傳統水凝膠設備需要外部電源的材料局限性。但大多數由于反應物的水凝膠持續消耗而壽命短和性能下降，嚴重阻礙了實際應用。材料
近日，水凝膠美國新澤西理工大學研究團隊通過材料-結構-工藝-應用的材料全鏈條創新，提出了一種高性能雙網絡壓電水凝膠，水凝膠并賦予其自然啟發的材料3D形態與多功能應用潛力，為下一代可穿戴生物電子器件提供了新范式。水凝膠研究成果以Nature-inspired helical piezoelectric hydrogels for energy harvesting and self-powered human-machine interfaces為題發表于Nano Energy。
主要創新點
- 雙網絡結構設計：平衡壓電性能與柔性
創新點：提出了一種由柔性纖維素和剛性P(VDF-TrFE)組成的雙網絡壓電水凝膠（PH），通過共價鍵、氫鍵和偶極相互作用形成三維互穿網絡。
優勢：解決了壓電水凝膠在增強壓電性能時犧牲柔韌性的矛盾，同時實現了高強度、高韌性、類皮膚柔韌性和高效機械能-電能轉換。
剛性網絡提升壓電性能，柔性網絡保持材料可拉伸性，二者協同優化綜合性能。
- 2. 自然啟發的3D宏觀結構設計
創新點：受植物卷須啟發，利用雙層材料的應變效應，設計出自卷曲的螺旋（helix）和環形（ring）結構。
優勢：突破了壓電水凝膠的薄膜形態限制，實現可控3D宏觀結構（如螺旋、環形），適應不同可穿戴場景的需求。
通過應變控制自組裝過程，無需復雜模具或后處理。
- 3. 創新應用場景拓展
醫療領域：螺旋PH裝置與起搏器導線集成，從心臟搏動中收集能量，為植入式醫療設備供電提供新思路。
人機交互（HMI）：智能PH環作為自供電可穿戴設備，實現手勢識別與交互，在VR手術領域展現應用潛力。
圖文解析
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圖1：設計概念和示意圖
圖2：雙網絡PH的制造和表征
圖3：PH的機械-電轉換評價。
圖4：螺旋PH裝置用于心臟能量收集
圖5：智能PH環作為自供電HMI用于VR心臟手術
論文地址：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285525001144
