M体育平台·(中国)官方网站李鹏教授团队在《化学工程期刊》（Chemical Engineering Journa）发表题为《用于高灵敏度可穿戴运动传感器的防冻和长期稳定的光子离子有机凝胶》（Anti-freezing and long-term stabilized photonic-ionic organogels for high sensitive wearable motion sensors）的研究论文。该研究依托水凝胶中的霍夫迈斯特效应(Hofmeister)，创新性地将其应用于光子晶体凝胶的结构色调控领域，成功的开发了一种具有双信号传感，防冻，长期稳定性的光子-离子有机凝胶（PIOs），相较于过去的双信号传感工作实现了多功能集成领域的新突破，并且利用PIOs和单片机构建了一个无线传感系统，从而为开发稳定、灵敏、多功能的可穿戴运动传感器提供了新的策略。
近年来，柔性应变传感设备的实现依赖于电子导电材料及其与弹性体的复合材料的开发，例如单壁碳纳米管、石墨烯、金属网和金属纳米线等。尽管在材料性能方面取得了显著进展，当前柔性应变传感设备仍面临着较差的性能问题，包括有限的应变程度和在应变下不稳定的导电性，这些缺陷在很大程度上限制了它们的实际应用。因此，研究者们提出了以水凝胶为基础的具有内在可拉伸性的离子导体，以组装可拉伸传感设备。这类设备能够承受更大的变形，并对多种刺激 (如应力、应变、温度及pH值等) 做出反应。它们大多采用单一的电信号传感技术，如电阻、电容或压电等。然而，对单一信号传感方法的依赖限制了传感信号的直观性、多功能性和适应性，已无法应对现代环境中日益普遍的复杂多变的使用场景。
基于霍夫迈斯特效应的结构色调控体系设计
在该研究中，李鹏教授团队提出了一种创新性的光子离子双功能有机凝胶体系。该材料体系通过磁性自组装策略，在明胶-丙烯酰胺双网络凝胶基质中实现了光子晶体 (Fe3O4@C) 的迅速自组装，赋予材料独特的光学信号反馈机制。进一步通过基于霍夫迈斯特效应 (the Hofmeister effect) 的可控溶剂置换工艺引入甘油与氯化锂盐，凝胶体系在维持三维网络和光学传感功能完整性的同时，显著提升了离子导电性与抗冻性能，从而克服了传统水凝胶在低温环境下易失活、易脆化的缺陷。光子离子凝胶的“光电双信号协同反馈”特性，突破了单一信号传感器在复杂环境中可靠性不足的局限。其光学信号可通过光子晶体结构变化实现直观可视化监测，而离子导电网络则为电学信号的精准捕获提供了通道，二者协同作用大幅提升了传感的适用性。
基于光子离子凝胶的无线传感系统
物理科学与技术学院李鹏教授为论文通讯作者，黑龙江大学研究生龚开为论文的第一作者，该工作得到了得到了黑龙江省高校基础研究青年人才项目（YQJH2024196）和黑龙江大学优秀青年基金（JCL202104）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.162474
