灵活和可穿戴的应变/压力传感器在水下应用中具有非凡的意义，如水下运动监测和海洋环境勘探。凝胶具有可调控的机械性能、生物相容性和多功能特性，可以通过结构设计和网络交联在水下环境中获得良好的抗溶胀性能，使其成为构建水下应用应变/压力传感器的***有前途的材料之一。然而，复杂的水下环境和不同的应用场景对凝胶传感器的传感灵敏度和准确性提出了更高的要求。近年来，具有多功能水下特性的凝胶传感器已经被开发出来，以确保在水下的长期稳定传感。鲁东大学徐文龙课题组的本科生团队对水下传感水凝胶进行了综述，首先总结了基于凝胶的水下应变/压力传感器的传感机制，然后通过分析不同功能特性和传感参数之间的关系，总结了设计具有多功能水下特性的凝胶传感器的策略。根据近几年的发展趋势，他们总结了水下应变/压力凝胶传感器的常见应用领域。***后，他们对未来构建水下凝胶传感器的挑战提出了自己的看法，期望为下一代水下应变/压力传感器的设计和开发提供有益的启示。

【1. 传感机制】

 基于凝胶的水下应变/压力传感器传感机理及其在不同拉伸和压缩状态下的输出变化模拟曲线电子迁移率传感器的传感机理

基于凝胶的水下应变/压力传感器可以根据导电类型和传感机制分为电子迁移传感器、离子迁移传感器和电容式传感器。感应机制可分别归结为接触电阻效应、离子通道感应机制、和电双层（EDLs）电容感应机制。电子迁移传感器和离子迁移

【2. 适用于水下应变/压力传感的多功能凝胶传感器的设计策略和关键特性】

目前，可以将外力转换为电信号的可穿戴应变/压力传感器可以在干燥环境中实现稳定的传感。由于其**的应变敏感和压敏特性，应变/压力传感器在运动监测、健康监测和人机交互领域的应用价值得到了深入的研究和开发。然而，穿戴者的活动范围可能不可避免地涉及出汗、潮湿和水下环境。在潮湿或水下环境中，水分子可以渗透到传感器设备内部，导致结构失效、功能退化和器件分层，严重阻碍了其在不同环境中的传感应用。因此，设计和开发一种能够在水下长期稳定传感的应变/压力传感器是非常可取和合理的。近年来，通过网络交联或结构设计提出了具有水下抗溶胀性能的凝胶传感器，为传感器在水下稳定运行提供了保障，有力地推动了水下多功能凝胶应变/压力传感器的发展。然而，构建高灵敏度、宽响应范围的水下凝胶传感器仍然具有挑战性。受水下凝胶应变/压力传感器固有电导率机理和传感机理的启发，通过在凝胶中加入刚性电子填料或提高传感器中的离子密度，使传感器在水中具有良好的电导率。导电元素的引入还赋予了凝胶能量耗散机制，这使其在水下场景下的应变/压力传感具有更广泛的响应范围。但考虑到凝胶应变/压力传感器在水中的实际应用场景，如水下运动监测、水下通信，需要人体皮肤的近距离接触才能保证信号传输的准确性。仅用防水胶带固定的传感器在实际应用中并不可靠，因此有必要提高粘合胶在水下对包括生物组织在内的不同材料的粘合性能。然而，当大多数材料暴露在水介质中时，水分子通过氢键相互作用形成水层，从而阻碍了凝胶传感器与不同材料之间的界面分子力的桥接。因此，实现水下粘合的关键是去除水化层，建立有效的界面粘合。水化层的形成不仅阻碍了界面的粘附，而且干扰了愈合界面的“活性位点”，这对凝胶传感器在水下断裂后的信号重建提出了很大的挑战，限制了其在水下绿色循环传感中的应用。因此，开发一种具有抗溶胀性、导电性、水下拉伸压缩性、水下黏附性、水下自愈性的凝胶传感器势在必行。

本文摘自：网络  日期：2023-02-23
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