基于此，南京邮电大学赵强教授、刘宁副教授和赵为为副教授采用自由基聚合策略制备了MXene/聚丙烯酸（PAA）水凝胶，构建了兼具高灵敏度和光热转换性能的柔性应变传感器，实现了可穿戴HMI电子设备的人体运动监测及远程机械手操控功能。相关工作以Stretchable and Photothermal MXene/PAA Hydrogel in Strain Sensor for Wearable Human-Machine Interaction Electronics为题发表在Adv. Mater. Technol.上，得到了国家自然科学基金面上项目和江苏省研究生科研与实践创新计划等资助。赵强教授、刘宁副教授和赵为为副教授为论文的共同通讯作者，白岩博士为论文的第一作者。
MXene/PAA水凝胶的合成与制备：采用自由基聚合策略制备了具有三维多孔结构的MXene/PAA水凝胶（图1）。以N,N’-亚甲基双丙烯酰胺作为化学交联剂、过硫酸铵充当引发剂，通过丙烯酸单体的自由基聚合得到PAA。与此同时，MXene纳米片表面丰富的官能团（-O、-F和-OH）与PAA上的羧基存在氢键作用。最终，在60 oC条件下反应4 h得到MXene/PAA水凝胶。
图1. MXene/PAA水凝胶的合成与表征
MXene/PAA水凝胶的性能研究：该工作系统地研究了MXene/PAA水凝胶的力学性能、导电性、自愈性、附着力和生物相容性（图2，3）。结果表明，适量加入MXene有助于提升水凝胶的力学性能，最大拉伸断裂长度为1081%。MXene/PAA水凝胶的导电性也随着MXene含量的增加从8 mS m-1逐渐提高至69 mS m-1。水凝胶内部动态氢键相互作用使其具有快速的自愈合能力（~1.3 s）。该水凝胶也展现出良好的生物相容性和粘附性，为直接应用于人体运动监测奠定了基础。
图2. MXene/PAA水凝胶的性能研究
图3. MXene/PAA水凝胶的性能分析
MXene/PAA水凝胶在近红外光照射下表现出可控的表面温度调节能力（RT ~ 67 oC）（图4）。它的光热转化机制源于MXene的局域表面等离子共振效应诱导产生的光热电子。此外，为了验证作为可穿戴加热器的可行性，将水凝胶附着在人体皮肤上。手和水凝胶的初始温度分别为35.2 oC和25 oC。MXene/PAA水凝胶在400 mW cm-2条件下照射150 s后，温度上升到48.9 oC，其余部分温度保持良好。综合上述性质，MXene/PAA水凝胶适用于PTM技术，在可穿戴HMI电子设备、医疗保健等领域具有潜在的应用前景。
图4. MXene/PAA水凝胶光热转换性能研究
MXene/PAA水凝胶应变传感器的性能分析：MXene/PAA水凝胶作为自粘性柔性传感电极，具有高灵敏度（GF ~ 4.94）、宽检测范围（0 - 1081%）以及稳定的输出信号等优点，可以作为一种无刺激性的可穿戴应变传感器用于人体生物监测，识别各种细微以及大形变的人体运动（图5）。
图5. MXene/PAA水凝胶的传感性能
MXene/PAA水凝胶应变传感器的应用展示：采用16位高精度模数转换芯片完成模拟电信号到数字信号的转换，通过蓝牙模块完成无线传输和控制，从性能上保证了人体运动与机械手运动的高度同步，实现MXene/PAA水凝胶应变传感器对机械手精准控制（图6）。它不仅可以控制机械手完成简单的开合动作，还可以感受到微小的动作变化，实现连续的悬停、跟随等运动。
图6. MXene/PAA水凝胶在可穿戴人机交互电子产品中的应用
综上所述，该工作将柔性应变传感器与PTM技术相结合，有利于实现健康监测和温度控制等功能，增强实用性和用户体验感，为未来柔性可穿戴HMI电子设备向多功能、高精度和绿色环保的方向发展提供了新思路。
