随着水下可穿戴电子与长期生理监测需求的快速增长，凝胶传感器在海水、汗液等高湿环境中的溶胀失稳问题日益凸显，成为制约其可靠使用的关键瓶颈。材料一旦吸水膨胀，导电网络易被稀释，导致力学强度下降、信号漂移甚至功能失效，严重影响监测的连续性与准确性，并可能引发误诊或漏警风险。传统的外封装或强共价交联策略虽能在一定程度上抑制溶胀，但往往牺牲了材料的贴合舒适性、自愈合能力与可拉伸性能，难以兼顾穿戴舒适、长期稳定与生物相容性的多重需求。因此，开发具有本征抗溶胀特性，并能实现水下电-机械性能自增强的柔性导电凝胶，已成为推动无封装、长期水下健康监测技术发展的核心挑战。
据此，在前期一系列研究工作的基础上（Compos Part B-Eng, 2025, https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112450; Compos Part B-Eng, 2026, https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.113058），空军军医大学白永康团队联合桂林理工大学李裕琪团队成功研发了一种新型多功能聚离子液体（PIL）凝胶，在设计上直接回应了高湿环境下抗溶胀与信号稳定的需求，其疏水结构可有效抑制水分侵入，为无封装水下传感奠定基础。在功能层面，该PIL凝胶展现出优异的组成可编程性：当IL含量较低时，PIL凝胶具备显著形状记忆效应，可作为自感驱动器，实现形变与电阻信号的同步反馈；而当IL含量较高时，PIL凝胶具备良好柔韧性与抗溶胀能力，不仅能作为高精度应变传感器准确捕捉人体运动，还可用于水下通信传感。此外，研究团队基于该PIL凝胶构建了自供电压力传感器，并将其与微控制器及深度学习算法集成，开发出一套婴儿运动区域智能监测系统。该系统能够以100%的识别准确率实时预测婴儿运动状态，实现早期风险预警。凸显了PIL凝胶在智能软体系统中实现自主感知、可靠供能与精准反馈的一体化潜力。
相关研究成果以“Fatigue-resistant, self-healing and antibacterial poly(ionic liquid) gel multichannel sensors for underwater early warning and deep learning-assisted infant monitoring”为题，发表于《Chemical Engineering Journal》期刊。
图1展示了PIL凝胶的制备流程和基本表征。选择具有强静电相互作用的1-乙烯基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐（BVIM-PF6）作为聚合单体，1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐（EVIM-TFSI）则作为溶剂，聚（3，4-
乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT：PSS）为导电填料，从而获得具有强烈静电相互作用的PIL凝胶。
图1（a）PIL凝胶的制备过程；（b，c，d）从下到上分别为BVIM-PF6、EVIM-TFSI、PBE50P0和PBE50P1的红外光谱；（e，f）PBE50P0的扫描电镜图；（g，h）PBE50P1的扫描电镜图。
图2展示了PIL凝胶的基本特性，具有高达75.44 MJ/m3的韧性、优异的抗疲劳性、快速自愈合能力（80 °C加热即可恢复）以及显著的热、光响应形状记忆性能。
图2（a）PIL凝胶的拉伸、弯曲、提取重物状态；（b）PBE50P1的杨氏模量和韧性；（c）PBE50P1拉伸循环；（d）PBE50P1耗散能；（e）PBE50P1的愈合机理；（f）PBE50P1的愈合性能；（g）DSC测试；（h）Rf和Rr；（i）近红外光响应形状记忆示意图。
图
3展示了PIL凝胶作为应变传感器的能力，其GF达到了6.20，且具有良好的稳定性，并利用其优异的抗溶胀特性，与蓝牙系统结合，实现水下无线莫斯密码的传输。
图3（a）PBE50P1的传导机制；（b）PBE50P1的GF；（c）PBE50P1的ΔR/R0稳定性；（d）PBE50P1的疏水机理；（e）SOS；（f）水下传输示意图；（g）水下传输实物图。
图4为PIL凝胶作为电极构建的摩擦纳米发电机（TENG）性能，其最大功率密度达1.75 W/m2，可在15 s内将22 μF的电容器充至2 V并点亮LED灯，可为小型器件提供能源。
图4（a）TENG结构示意图；（b）TENG的工作原理；（c）PBE50P1-TENG的Voc；（d）PBE50P1-TENG的稳定性；（e）PBE50P1-TENG的功率密度；（f）基于PBE50P1-TENG负载电路图；（g）PBE50P1-TENG给电容器充电；（h）PBE50P1-TENG的充放电。
图5为基于TENG构建的自供电压力传感器，其S值达到1.90 V/kPa，且具有快速的响应时间（200 ms）。将其与微控制器结合，为婴儿构建了一个安全活动区域，当婴儿接近危险区域时，自动触发声光报警并通过蓝牙通知监护人。
图5（a）PBE50P1-TENG不同压力下的Voc；（b）PBE50P1-TENG的灵敏度；（c）PBE50P1-TENG的响应时间；（d）基于PBE50P1-TENG婴儿监测原理图；（e）基于PBE50P1-TENG婴儿监测实物图；（f）基于PBE50P1-TENG婴儿监测示意图。
此外，还可将自供电压力传感器置于婴儿的关键身体部位（膝盖、手肘、后脑勺等），结合LSTM深度学习算法，实现对爬行、翻身、窒息等状态的实时识别与预警，系统分类准确率达100%（图6）。
图6（a）爬行；（b）翻身；（c）窒息；（d）LSTM原理图；（e）准确率和损失函数；（f）训练集准确率；（g）测试集准确率。
综上所述，本研究成功开发了一种集自感驱动器、应变传感、水下传感、能量收集和自供电传感的PIL凝胶，其优异的韧性、自愈合能力、抗溶胀性和形状记忆性能，使其在自感、水下和可穿戴电子设备等领域具有广阔的应用前景。
原文文献链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.170881
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