可直接穿戴在身上或集成在衣物中的智能可穿戴電子設備因其在持續健康監測、安全保護和人機交互方面的廣泛應用前景而受到關注。為了滿足可穿戴電子對低功耗、連續工作時長、穿戴舒適性和多種信號檢測等功能性日益增長的需求，設計和開發自供電、柔性、和無串擾的多功能傳感器非常必要。傳統上，傳感設備的功能擴展主要依賴于單一功能器件（傳感器、儲能器件、納米發電機等）和多種功能材料的集成和耦合，但這會大大增加系統制造的復雜性、尺寸和成本。在沒有算法支持的情況下，如何基于單一器件和單一傳感材料識別和量化不同種類的信號仍是一項挑戰。值得注意的是，智能水凝膠可通過改變自身的材料狀態滿足不同場景下的應用需求，具有在不同狀態下與不同化學分子相互作用的潛力，因此是構建柔性多功能傳感器的理想候選材料。
近期，中山大學吳進團隊和南京工業大學霍峰蔚教授合作，通過在水凝膠中協同引入兩種親水性迥異的離子（鋅離子和鋰離子），開發了一種智能自適應性水凝膠，它可以輕松快速地在富水和缺水兩種狀態之間切換，用于構建一種具有金屬空氣電池結構的電化學自供電、柔性、氣體和濕度雙傳感功能可逆切換的化學傳感器。引入的氧氣可在構建的碳布-水凝膠界面發生氧還原反應，改變電路中的電流。所制備的水凝膠可在富水和缺水狀態之間輕松切換，是器件實現無串擾地感知氧氣和濕度的關鍵，這是由于氧氣分子和水分子在水凝膠富水和缺水狀態下能分別作為氧化還原反應的限制物和催化劑參與到反應中，成為改變電路中電流的主要因素。
在水凝膠的富水狀態時，氧氣成為電極-凝膠界面處氧還原反應的唯一限制反應物，只有其濃度的變化才能導致器件輸出電流的明顯改變，從而實現了其對氧氣的特異性感知。在低氧和高氧濃度范圍下的靈敏度分別增加到了 4170.5% 和 705.9%/%，且具有極低的檢測下限（0.4 ppm O2）和優異的選擇性等。利用缺水狀態的離子導電 PAM 水凝膠制備了具有鋅空氣電池結構的一體化電化學自驅動濕度傳感器。通過水脫附策略構建的碳布電極-缺水水凝膠界面的界面阻抗大大提升，抑制了器件的氧傳感能力。依靠凝膠網絡中聚合物基團和引入的吸濕性鋰離子的水吸附作用，從環境中吸附的水分子不僅能參與到氧還原反應中，還可以降低界面阻抗并促進界面反應的進行，賦予了濕度傳感器在低濕和高濕范圍下分別高達 187.6%和380.2%/% RH 的靈敏度，遠高于對氧氣的響應性。通過調控離子導電 PAM 水凝膠中的含水量，實現了在同一器件中可逆切換的氧氣和濕度雙模態感知功能。
通過與電路和無線傳輸技術結合后，該柔性可穿戴無線傳感器系統可實時和遠程監測環境氧含量、經皮氧分壓變化、呼吸和皮膚濕度，在安全、健康管理和非接觸人機交互領域具有廣泛的應用前景。該工作以“Self-powered Switchable Gas-Humidity DifunctionalFlexible Chemosensors Based on Smart Adaptable Hydrogel”為題發表在《Advanced Materials》上。通訊作者為中山大學電子與信息工程學院吳進副教授和南京工業大學柔性電子（未來技術）學院霍峰蔚教授。第一作者為中山大學研究生丁瓊玲。
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