梅雨季里的南方，空气湿度常常能冲到 90% 以上，不少带柔性传感器的智能穿戴设备，在这种环境里用不了多久就会 "罢工"—— 这背后，是传统凝胶材料的 "致命短板"：遇潮就溶胀、降解，性能大打折扣。
不过现在，这个困扰材料界的难题，被中国科研团队攻克了！
近日，中国农业科学院麻类研究所可降解材料开发与利用创新团队，联合中南大学的科研人员，成功研发出一种长效耐湿的低共熔凝胶，彻底解决了传统凝胶在潮湿环境下易失效的问题，为柔性传感器、可穿戴电子设备的耐湿应用打开了新的可能。相关研究成果已经在线发表于国际期刊《材料视野》（Materials Horizons）上。
随着柔性电子的发展，凝胶材料因为柔软、可拉伸、生物相容性好，成为了可穿戴传感器、柔性电子设备的核心材料之一。但绝大多数凝胶材料，都躲不开 "潮湿" 这个天敌：
• 普通水凝胶在高湿环境里会不断吸水溶胀，把原本的结构撑坏，力学性能断崖式下跌；
• 不少有机凝胶则会在潮湿环境里慢慢降解，用不了多久就失去功能；
• 这就导致基于这些凝胶的传感器，在梅雨季、海边、或者运动出汗的场景里，用不了多久就会灵敏度下降，甚至直接报废。
而这次研发的新型低共熔凝胶，从根源上解决了这个问题。
科研团队通过将丙烯酸单体在疏水性低共熔溶剂（HES）中进行自由基共聚，给凝胶装上了 "疏水屏障"：疏水性低共熔溶剂的特性，让凝胶在潮湿环境里不会疯狂吸水，从结构上保证了稳定性。
测试数据更是惊艳：
• 在 30℃、90% 相对湿度的极端潮湿环境里，这款凝胶的吸水率仅为 30%，远低于传统凝胶动辄百分之几百的吸水率；
• 更厉害的是，就算在这种高湿环境里整整放一年（365 天），这款凝胶依然能保持完整的形状，拉伸韧性更是保留了99.3%，几乎和全新的样品没有区别！
除此之外，这款凝胶还自带了不少 "加分技能"：优异的粘附能力，可以牢固贴在不同材料的表面；良好的抗菌性能，不用担心长期贴在皮肤上滋生细菌；还有优秀的离子导电能力，是做传感器的绝佳材料。
很多人会好奇，这些性能结论，是怎么测出来的？其实，为了全面验证这款凝胶的各项能力，研究团队用了一系列精密的实验仪器，从分子结构到宏观应用，做了全维度的严谨测试，所有结论都有实打实的实验数据支撑：
1. 电子材料试验机（HT-101SC-5）
这是验证凝胶力学性能的核心设备，研究团队用它完成了拉伸、压缩、循环力学测试，甚至专门对在 90% 相对湿度环境下储存了 0 天、10 天、30 天…… 直到 365 天的凝胶样品进行了复测，最终才得出了 "储存一年后仍保留 99.3% 韧性" 的精准结论。同时，凝胶的粘附性能，也是用这台设备通过搭接剪切法完成的定量测试。
2. 分子结构表征仪器：傅里叶变换红外光谱仪 & 核磁共振波谱仪
为了搞清楚这款凝胶耐湿的底层原因，研究团队用Thermo Scientific Nicolet iS10 傅里叶变换红外光谱仪，以及Bruker-AVANCE III 500 核磁共振波谱仪，解析了材料的分子结构，验证了疏水性低共熔溶剂与丙烯酸聚合物网络之间的相互作用，从分子层面证实了疏水结构的稳定性。
3. 热性能测试仪器：热重分析仪 & 差示扫描量热仪
为了验证凝胶在不同温度下的稳定性，团队用Shimadzu TGA-50/50H 热重分析仪和NETZSCH DSC 200F3 差示扫描量热仪，测试了材料的热稳定性，确认这款材料在从 - 100℃到 800℃的宽温域下，都能保持结构稳定，不会因为温度变化出现性能突变。
4. 透光率测试仪（RK6000T）
团队还测试了凝胶的透光性能，用这台仪器证实这款材料拥有良好的透明度，未来除了可穿戴设备，还可以应用在需要透光的光学器件场景中。
5. 传感性能测试仪器：电化学工作站 & 源表
为了测试凝胶做成传感器的性能，团队用DH7000C 电化学工作站测试了凝胶的离子导电性，又用Keithley 2450 源表配合材料试验机，测试了传感器对应变、压力的响应灵敏度，验证了就算在潮湿环境下，传感器也能输出稳定的信号。
6. 温度传感测试仪器：温控平台 & 红外测温仪
针对温度传感的性能，团队用BMS-14 温控平台控制测试温度，配合源表测试传感器的温度响应，还用UTi120Mobile 红外测温仪记录了传感器工作过程中的热成像信息，证实了这款传感器对温度变化的高灵敏度。
研究中，凝胶传感器可实时监测人体手腕、脚踝的运动信号（来源：研究论文）
基于这款凝胶做出来的传感器，表现出了惊人的性能：它对应变、压力、温度都有很高的灵敏度，更重要的是，在潮湿环境里，它的耐用性远超传统凝胶传感器。
实验显示，用这款凝胶做的可穿戴传感器，可以实时监测人体的各种活动 —— 不管是手指的弯曲、手腕的运动，还是关节的活动，都能输出稳定、清晰的信号，就算在出汗、高湿的环境里长期使用，也不会出现性能衰减。
在 90% 湿度环境储存 30 天后，凝胶传感器依然能保持稳定的应变传感性能（来源：研究论文）
除此之外，这款凝胶的抗菌性能，也让它更适合长期贴在人体皮肤上使用，不用担心细菌滋生的问题。
据研究团队介绍，这项研究为长效、功能性低共熔凝胶材料的发展和应用奠定了基础，未来，这种耐湿凝胶不仅可以用在可穿戴设备上，还可以用在海洋探测、环境监测、医疗监测等各种高湿场景里，让凝胶材料真正摆脱 "怕潮" 的标签。
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