图：西安交大陈咏梅教授课题组研制水凝胶水下麦克风

水凝胶材料由于其极高的含水率、良好的生物相容性等特性，在组织工程，药物控释、细胞治疗等生物医学领域拥有着广泛的应用。近日，西安交大航天航空学院、机械结构强度与振动国家重点实验室陈咏梅教授课题组及合作者利用水凝胶材料与水环境完美匹配的体积模量，在水下具有很小声阻抗的特性，首次将水凝胶应用于水下声学领域，成功研制了基于水凝胶的水下麦克风。相关研究文章 “可隐身水下监听水凝胶麦克风”在《自然.通讯》上在线发表，该工作是陈咏梅课题组与美国内布拉斯加大学（林肯分校）工程学院机械与材料工程系谭力教授、周勤教授合作研究的成果,博士生高扬为论文第一作者。

水凝胶材料自身原本无法响应外界压力，该研究通过原位电还原的简便办法巧妙地在水凝胶表层数十微米深度的空间内植入了树枝状银纳米结构，将其作为插入水凝胶内部可变形的金属电极，利用压力作用下该树枝状银纳米结构形变导致的水凝胶双电层电容变化作为信号，使得水凝胶器件能够检测外界的微小压力，并成功将其应用于水下声波的测量。

图：水凝胶麦克风的制造过程

该新型水凝胶麦克风可很好地响应水下声波的振幅、频率等变化，且对小于60赫兹的超低频水声波段表现出很高的灵敏度，其响应信号强度最高可超出市售商用水听器30 dB以上。该研究为水凝胶材料的设计及应用提供了新的研究思路，未来可有望应用于水下侦测及海啸、海底地震等灾难的预警。

图：水凝胶麦克风的水下声波响应性能表现

陈咏梅教授课题组相继开展了在新型多功能凝胶材料的合成方法、结构调控、功能整合和应用探索。研发了一系列具有特殊电、磁、光、机械以及自愈合特性的水凝胶，该论文研究是课题组首次在材料声学性能的积极探索。

文章链接：

Yang Gao, et al, "Hydrogel microphones for stealthy underwater listening," Nature Communications 7, Article number: 12316，doi:10.1038/ncomms12316

陈咏梅教授简介：

 西安交通大学航天学院教授，博导，Email：chenym@mail.xjtu.edu.cn 

个人主页：点击此处进入

研究方向：从事新型柔性材料的设计制备和应用研究方面，主要包括细胞培养支架、功能水凝胶和离子液体凝胶材料。相关内容简介如下：

(1) 在细胞培养支架方面，建立了以合成高分子水凝胶为细胞支架的独特培养体系、发现了一系列具有细胞亲和 性的合成高分子水凝胶材料、系统研究了合成高分子水凝胶的物理化学性能与多种细胞功能之间的关系以及相互作用机制、并通过调控高分子水凝胶的物理化学性质和空间尺寸进而灵敏地控制细胞的扩增行为、动态运动行为和细胞的功能等，对合成高分子水凝材料的物理化学性能与细胞功能之间的关系进行了系统性的研究，形成了一定的研究积累和特色。

(2) 在新型功能水凝胶材料的设计制备方面，设计制备以天然高分子材料为基础的新型功能水凝胶，为高性能、智能（高强度、自愈合、发光）、多功能（磁响应、过氧化氢检测）生物材料的优化设计和应用开发奠定基础。研究了多种新型功能水凝胶材料，包括阳离子交联的新型高强度海藻酸钠/聚丙烯酰胺水凝胶，具有检测微量过氧化氢功能的磁性水凝胶，可在生理环境下自愈合的新型葡聚糖水凝胶以及具有良好细胞相容性的铱金属配合物发光水凝胶，具有偏光性能的水凝胶等。

(3)在新型功能离子液体凝胶材料的设计制备方面，关注高拉伸性能柔性离子导电材料的研究，为可以任意弯曲，拉伸、压缩，扭曲的柔性电子器件在变形为复杂的、非平面形状的同时，保持良好的使用性能，可靠性和集成性提供关键技术储备。成功制备了同时具有良好导电性能、高拉伸性能、透明度高、并且电阻不随应变而变化的离子液体凝胶。其在几百个大变形循环之后几乎无滞后和退化现象。用这种离子液体凝胶和介电弹性体，组装了电压驱动面积应变在140%的介电弹性体驱动器。该驱动器在干燥和潮湿的环境下任然可以稳定工作至少100万次。离子凝胶的透光性可以使其满足各种光学设备，如聚焦眼球，透明扬声器、噪音消声器，其不挥发性可以使驱动器在敞开的环境下工作。

（本文信息来源：西安交通大学网站；由e科网整理编辑）

如若转载，请注明e科网。

如果你有好文章想发表or科研成果想展示推广，可以联系我们或免费注册拥有自己的主页