水凝膠用作組織工程的支架、藥物輸送的載體、光學(xué)和流體的驅(qū)動器，以及用于生物學(xué)研究的模型細(xì)胞外基質(zhì)。然而，水凝膠的應(yīng)用范圍往往受到其機(jī)械性能的嚴(yán)重限制。大多數(shù)水凝膠不表現(xiàn)出高拉伸性。例如，藻酸鹽水凝膠在拉伸到其原始長度的約1.2倍時會破裂。一些合成彈性水凝膠已經(jīng)實現(xiàn)了10-20 的拉伸，但已知當(dāng)樣品包含缺口時，彈性凝膠會顯著減少可實現(xiàn)的拉伸。大多數(shù)水凝膠很脆，具有10 J/m2左右的斷裂能，相比之下，軟骨具有 ~1000 J/m2的斷裂能量，天然橡膠的斷裂能為~10,000 J/m2。人們投入了大量精力來合成具有增強(qiáng)機(jī)械性能的水凝膠，某些合成凝膠的斷裂能量已達(dá)到100–1000 J/m2。盡管取得了令人振奮的成就，但水凝膠的大部分特性空間仍未被開發(fā)。
某些合成水凝膠已經(jīng)實現(xiàn)了出色的機(jī)械性能。含有滑環(huán)聚合物的水凝膠可以拉伸其初始長度的10倍以上，四聚（乙二醇）凝膠的強(qiáng)度為~2.6 MPa。這些凝膠會彈性變形。彈性凝膠是脆性的，對缺口敏感，也就是說，當(dāng)樣品包含缺口或任何其他導(dǎo)致不均勻變形的特征時，高拉伸性和強(qiáng)度會顯著下降。通過引入能量耗散機(jī)制，可以使凝膠變得堅韌且對缺口不敏感。例如，斷裂能量為~1000 J/m2是通過雙網(wǎng)絡(luò)凝膠實現(xiàn)的，其中兩個網(wǎng)絡(luò)分別通過共價鍵交聯(lián)，一個網(wǎng)絡(luò)具有短鏈，另一個網(wǎng)絡(luò)具有長鏈。當(dāng)凝膠被拉伸時，短鏈網(wǎng)絡(luò)破裂并耗散能量。然而，短鏈網(wǎng)絡(luò)的破裂會造成損害。第一次加載后，凝膠不會從損傷中恢復(fù);在隨后的載荷下，斷裂能量大大降低。為了實現(xiàn)可恢復(fù)的能量耗散機(jī)制，最近的幾項工作已經(jīng)用非共價鍵取代了破裂的共價鍵。例如，在具有三嵌段鏈共聚物的凝膠中，不同鏈的末端嵌段形成玻璃狀結(jié)構(gòu)域，不同鏈的中間嵌段形成離子交聯(lián)。
當(dāng)凝膠被拉伸時，玻璃結(jié)構(gòu)域保持完整，而離子交聯(lián)會斷裂并耗散能量。離子交聯(lián)在第一次加載后的一段時間內(nèi)重組?？苫謴?fù)的能量耗散也可以受到疏水締合的影響。當(dāng)親水性聚合物網(wǎng)絡(luò)中由疏水雙層制成的凝膠被拉伸時，雙層會解離并耗散能量，卸力后，雙層重新組裝，導(dǎo)致恢復(fù)。然而，現(xiàn)有工作已證明斷裂能量與雙網(wǎng)絡(luò)凝膠相當(dāng)或更低。
PAA-PAH/LiCl柔性水凝膠
可穿戴電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，引發(fā)了對現(xiàn)代儲能和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的新興需求，這要求整個設(shè)備在各種機(jī)械應(yīng)變下保持優(yōu)異的電化學(xué)性能。柔性超級電容器（SCs）作為典型代表，因其高功率密度和長循環(huán)壽命而受到廣泛關(guān)注。然而，在實際應(yīng)用中，這些SC可能會因長時間使用變形或嚴(yán)重的機(jī)械沖擊而遭受結(jié)構(gòu)損壞，最終導(dǎo)致設(shè)備故障、額外的能源成本和大量的廢物。可靠性和壽命的提高已成為實現(xiàn)理想的可穿戴SCs的關(guān)鍵問題，而目前對柔性SCs的研究大多集中在制造具有增強(qiáng)電容或最小尺寸的新型電極材料上，以便于與各種器件結(jié)構(gòu)兼容。固體聚合物電解質(zhì)是柔性SC的另一個核心成分，通常具有電解質(zhì)和隔膜的雙重作用，由于其高離子電導(dǎo)率和低電解質(zhì)泄漏風(fēng)險，在便攜式、可穿戴SC中的研究興趣越來越大，例如水凝膠電解質(zhì)。
聚乙烯醇（PVA）是迄今為止報道的基于聚電解質(zhì)的柔性SCs中使用廣泛的電解質(zhì)，因為它無毒，成本低且易于加工。但是，PVA存在一些固有的缺點，嚴(yán)重限制了其的廣泛使用。首先，PVA粉在水中的溶解需要高溫的輔助，并且一般添加強(qiáng)酸/強(qiáng)堿，例如硫酸或者氫氧化鈉來提高PVA水溶液的離子電導(dǎo)率，這兩者都使PVA易于氧化并導(dǎo)致不穩(wěn)定的電化學(xué)性能。其次，物理交聯(lián)無序的PVA電解質(zhì)（通常用作PVA/鹽/水的混合物）呈現(xiàn)出濃稠的液體形式而不是固定的形狀。這意味著電子設(shè)備對電極甚至基板的靈活性有依賴性，這需要額外使用隔膜和柔性基板，這就增加了在高應(yīng)變下保持整個設(shè)備結(jié)構(gòu)完整性和設(shè)備電容的難度。盡管PVA可以通過氫鍵進(jìn)行改性以實現(xiàn)固體凝膠，但它仍然受到吸水率和保留率低的影響，這不僅對器件的工作溫度和封裝技術(shù)提出了嚴(yán)格的要求，而且導(dǎo)致所得SCs的離子電導(dǎo)率和循環(huán)穩(wěn)定性顯著降低，此外，這些改性的PVA凝膠通常表現(xiàn)出的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度不令人滿意，這通常隨PVA的類型和具體的制備方法而變化。最后一點，PVA難以再生，表現(xiàn)出高成本，并且強(qiáng)酸/強(qiáng)堿性化學(xué)物質(zhì)有嚴(yán)重的環(huán)境污染。自愈甚至可再生性是解決聚合物電解質(zhì)不可避免的物理損傷導(dǎo)致的柔性電子器件實際性能損壞的有效方法之一。因此，對于上述限制，非常需要開發(fā)低成本和可靠的PVA替代品，這些替代品具有柔軟、耐用和可再生的特點，以適應(yīng)柔性SCs器件在實際使用中的長期運動。
最近，一些用于SC的新型水凝膠電解質(zhì)已被開發(fā)用于設(shè)計和制造具有附加功能的儲能裝置。它們中的大多數(shù)在輕微損傷時可以自愈，至于嚴(yán)重?fù)p傷甚至破碎，則需要具有更好自愈能力的可再生性（自愈和再生過程的區(qū)別如圖所示）。
單網(wǎng)絡(luò)（SN）柔性水凝膠
摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）是基于靜電感應(yīng)和摩擦電效應(yīng)耦合的發(fā)明。TENG基本上可以看作是一種電容式可變電場源，其輸出功率與摩擦電荷密度有關(guān)。TENGs可以收集人類日常生活中無處不在的機(jī)械能，包括波浪、風(fēng)，以及呼吸和身體運動等人體運動。與其他電源相比，TENGs在設(shè)計簡單、成本低、可移植性等方面具有的優(yōu)勢。TENGs的顯著優(yōu)勢使其在人工智能、可穿戴電子設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備方面具有巨大潛力。在便攜式可穿戴設(shè)備對綠色和可持續(xù)能源的快速需求方面，TENGs的研究取得了的成就。
實驗樣本：
柔性水凝膠
實驗?zāi)康模?/p>
去除所有水分，凍干并研磨成白色沙粒狀粉末
實驗設(shè)備：
真空冷凍干燥機(jī)Mercury180M
實驗過程：
1.打開凍干機(jī)預(yù)冷，設(shè)置好凍干程序包括預(yù)凍和升華程序。
2.將樣品分裝到合適的容器內(nèi)，放置于超低溫冰箱內(nèi)2小時，取出后研碎成沙粒狀，隨后將樣品放置于富睿捷原位凍干機(jī)Mercury180M隔板上。
3.啟動設(shè)置好的凍干程序，凍干工藝：預(yù)凍-40℃，持續(xù)時間5h。升華程序-40℃～25℃，持續(xù)時間28h。
4.程序結(jié)束后，釋壓取出凍干好的樣品，儲存或者進(jìn)行后續(xù)實驗。
實驗結(jié)果：經(jīng)過凍干后樣品狀態(tài)良好，達(dá)到客戶預(yù)期效果。
凍干前后對比圖如下（共兩種形態(tài)）：
(空格分隔,最多3個,單個標(biāo)簽最多10個字符)
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