在可穿戴技術迅猛發展的浪潮中，導電水凝膠作為可穿戴設備的核心材料，其性能直接決定著信號的靈敏度與可靠性。導電水凝膠需要長期貼合人體皮膚并隨身體運動發生反復形變，若材料缺乏足夠的拉伸強度或韌性，則可能導致傳感器信號不穩定甚至失效。因此，同時實現高拉伸強度和高韌性對于提升導電水凝膠的實際應用價值至關重要。然而，導電水凝膠往往難以同時具備高拉伸強度和高韌性，這一矛盾嚴重限制了其循環穩定性和機械耐用性的提升。盡管通過引入非共價相互作用可在一定程度上改善其性能，但如何實現強度與韌性的協同增強仍是一個重大挑戰。
河北工業大學化工學院能源催化材料研究團隊在柔性可穿戴材料領域研究中取得進展。面對水凝膠強度、韌性和導電性難以同步增強的難題，團隊創新性地將聚丙烯酰胺（PAAm）穿入于共價有機框架（COFs）孔道中，形成獨特的“分子間機械互鎖結構”。COFs的多孔結構與PAAm分子鏈緊密咬合，在拉伸過程中實現多尺度能量耗散，同步提升拉伸強度與韌性，破解“強度-韌性”兼容難題。聚合物與COFs之間形成的機械互鎖結構促進了水凝膠在拉伸過程中的能量耗散，同步提升了拉伸強度和韌性。COFs的規則孔道為鋰離子傳輸搭建通道，PAAm分子鏈上的羰基與鋰離子協同作用，大幅提升水凝膠導電性能，確保傳感器信號傳輸精準、穩定。COF/PAAm水凝膠展現出超高靈敏度、快速響應時間及超長循環穩定性。可貼合人體任意部位，精準捕捉人體細微動作與生理信號，適用于復雜環境下的長期健康監測。
該研究不僅為開發基于COFs的可穿戴傳感器，實現人體健康的無創監測開辟了一條新的途徑，而且為智能柔性電子器件在生物醫學領域的應用提供了一種新方案。
相關成果以“Robust Hydrogel Sensors Induced by Intermolecular Mechanical Interlocking of Covalent Organic Frameworks for Non-Invasive Health Monitoring”為題發表在Advanced Materials上（ Adv. Mater. 2025, e20271.），王瑞虎研究員為論文通訊作者，博士后王丹為論文第一作者。
全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202420271
文圖/王瑞虎 王丹 審核/李敬德
