大自然的神奇杰作值得科學家們用一輩子的時間來研究，這些神工鬼斧一般的精巧結構，往往是我們的靈感來源。木材是我們生活中最普通，最常見的材料之一，令人意外的是，這種材料竟然也能用來制作傳感器。
最近，浙江農林大學孫慶豐與沈曉萍等人的研究發(fā)現，在水凝膠的合成中，利用脫木素后木材天然的纖維素排列結構，往往能起到增強力學性能的效果，并且這種木質基水凝膠還擁有木材的各向異性。再通過引入離子導電聚電解質，對于柔性電容式傳感器（CPS）而言，這種復合材料便能夠同時充當其隔膜和聚電解質，在人機界面等方面有很大的應用潛力。
多種化學鍵加強結構：
以聚丙烯酸（PAA）水凝膠為例，木材纖維素和水凝膠之間主要是通過氫鍵作用相互連接。PAA前驅溶液滲透到脫木素后木材的豐富孔道中，相互形成很強的三維空間交聯，聚合之后又添加了鋁離子，能夠和PAA發(fā)生螯合作用，并且?guī)砹穗x子導電性能。
木材基水凝膠傳感器（CPS）結構以及內部交聯機理
木材基水凝膠三切面電鏡圖
對比普通PAA水凝膠，在拉伸方面，木質基水凝膠變得非常堅韌，這點很像木材。而木質基水凝膠的壓縮性能，也在橫向、徑向、弦向三個方向大為不同，如同木材的各向異性。
木質基水凝膠的軸向拉伸以及三切面方向壓縮性能測試
由于楊木早晚材處理后孔道數量分布的影響，木質基水凝膠弦切向會擁有更多層次的PAA填充，因此壓縮回彈性能更加優(yōu)秀。
木質基水凝膠三切面方向壓縮機理圖
材料不同截面的利用：
這種木質基水凝膠不同方向的切片，柔性是不同的，作為CPS的裝配材料，他們研究了以其徑切面和弦切面為介電層制作的電容傳感器，其電極一端是褶皺化處理的氧化還原石墨烯薄膜（rGO）。
rGO電極表面3D顯微鏡圖和原子力電鏡圖
弦切面由于擁有木質基水凝膠中最為優(yōu)異的壓縮回彈性能，因此獲得的CPS靈敏性能也最為優(yōu)秀。
徑切向、弦切向水凝膠切片組裝CPS性能圖
研究者還展示了一些CPS的應用場景模擬，以及良好的穩(wěn)定性測試結果。
CPS應用場景模擬圖
這種各向異性的木材水凝膠成功地模擬了類似肌肉組織的機械性能和傳感功能，與褶皺化rGO一起組裝成的CPS擁有高靈敏性，寬量程以及良好的穩(wěn)定性，開拓了木質基材料在傳感器領域的研究思路，在人工智能的各個方面提供了應用潛力。
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