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  水凝膠是一類超親水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠，包括通過(guò)化學(xué)鍵或者物理作用使得聚合物鏈相互交聯(lián)所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以及小分子通過(guò)非共價(jià)鍵組裝形成超分子凝膠。近年來(lái)，水凝膠在柔性可穿戴式器件、電子皮膚、和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，大部分水凝膠材料在干旱條件下容易失水變干，在嚴(yán)寒氣候下容易凍結(jié)失效，喪失很多功能，如彈性、導(dǎo)電性、透明性和自適應(yīng)性等。對(duì)于穿戴式導(dǎo)電水凝膠柔性器件，水凝膠內(nèi)水的凍結(jié)會(huì)導(dǎo)致器件失去彈性和導(dǎo)電性，嚴(yán)重限制其在低溫環(huán)境下的應(yīng)用。所以研究極端環(huán)境下自適應(yīng)性凝膠對(duì)于拓寬凝膠的應(yīng)用范圍具有十分重要的意義。怎么樣制備出極端環(huán)境下自適應(yīng)性凝膠？我們可以從自然界中去尋找答案。在南北極和高海拔的嚴(yán)寒地區(qū)，氣溫常常能夠達(dá)到-20℃以下，但是依然有一些物種，例如企鵝、北極熊等，能夠長(zhǎng)期生存下來(lái)，因?yàn)樗麄冇幸惶啄軌虻钟餀C(jī)體結(jié)冰的策略。這種保水抗結(jié)冰的策略給我們以啟示，為人類研究和開發(fā)極端環(huán)境自適應(yīng)性凝膠提供了很好的借鑒價(jià)值。

  深圳大學(xué)周學(xué)昌教授研究團(tuán)隊(duì)在特約綜述中，以抗失水性和抗結(jié)冰性這兩大性能為主線，介紹了極端環(huán)境自適應(yīng)性凝膠的一些構(gòu)筑策略，并對(duì)抗失水抗結(jié)冰水凝膠在柔性可穿戴設(shè)備、傳感器、皮膚抗凍和水系鋰離子電池等領(lǐng)域的應(yīng)用展開論述，總結(jié)了表面修飾彈性體的抗失水性水凝膠，抗凍鹽凝膠，有機(jī)-水雙溶劑抗凍凝膠、抗凍劑置換有機(jī)水凝膠、以及納米限域水凝膠等具有極端環(huán)境自適應(yīng)性的水凝膠的最新研究進(jìn)展。同時(shí)，該綜述也分別對(duì)各種不同構(gòu)筑策略的在實(shí)際應(yīng)用中的局限性進(jìn)行了討論�？故涂菇Y(jié)冰性能屬于水凝膠環(huán)境適應(yīng)性中十分重要的兩方面，雖然在近些年來(lái)獲得了巨大的突破，但是仍然還存在很多需要進(jìn)一步研究和克服的問(wèn)題。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，抗失水和抗結(jié)冰水凝膠的開發(fā)是還只是發(fā)展復(fù)雜多變的環(huán)境自適應(yīng)性水凝膠的初步探索，未來(lái)有關(guān)這類材料的研究和應(yīng)用仍然還有很長(zhǎng)的路要走。論文最后展望了抗失水抗結(jié)冰水凝膠在柔性可穿戴器件和軟體機(jī)器人兩大領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景。一方面，為了克服軟體機(jī)器人在南北極或者高海拔地區(qū)可能存在的凍結(jié)失效，開發(fā)能夠自適應(yīng)惡劣環(huán)境的抗失水和抗凍軟體機(jī)器人將是未來(lái)重要的發(fā)展方向；另一方面，具有導(dǎo)電性的抗凍抗干燥水凝膠還有望應(yīng)用于人機(jī)界面(Human–Machine Interaction)，不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)于外界刺激信號(hào)的傳感，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)外界的反饋。為了更好地突破氣候環(huán)境對(duì)于水凝膠材料在實(shí)際應(yīng)用上的諸多限制，從事機(jī)器人、傳感器、能源、高分子材料等方向的研究人員可進(jìn)行跨領(lǐng)域的交叉合作，共同推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展。

  上述工作以題為“抗失水抗結(jié)冰水凝膠的研究進(jìn)展”綜述形式發(fā)表在《高分子學(xué)報(bào)》2020年第9期( 高分子學(xué)報(bào), 2020，51(9): 969-982, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20100)，第一作者王奔博士，通訊作者深圳大學(xué)周學(xué)昌教授。

  論文連接：gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2020.20100