受到人体皮肤的多重感知功能和独特力学性质的启发，过去几十年里，研究者们将可传输电子的刚性半导体或导体材料结合柔性、可拉伸、可自修复的高分子弹性体，发展了一系列可模拟皮肤感知功能和力学性质的智能传感器，也称为“电子皮肤”。此外，考虑到人体皮肤作为一种含水量达 30-60% 的材料，其组成和力学性质更加类似于水凝胶材料，近年来也有研究者提出利用可传导离子的水凝胶制备智能离子皮肤，这一研究广泛扩展了人工智能皮肤的可设计性。电子皮肤和离子皮肤因其在人工智能、可穿戴设备和软物质机器人、物联网等领域的广泛应用和前景，一直是近年来研究的热点，受到很大关注。

本实验在基于多重物理交联的聚丙烯酸-无定形磷酸钙-海藻酸钠（PAA-ACP-Alginate）水凝胶的基础上，加入了导电性强、机械性能好的碳纳米材料，并通过3D打印技术打印电子皮肤的核心元件，最后加上两个金属电极，制成电子皮肤器件。实验所制备的水凝胶柔性及可拉伸性较好，能够使用3D打印技术打印出不同的形状，并良好保持。另外，水凝胶所具有的压阻性，可以使其感知压力并将其转化为电信号表现出来，是一种较好的制备电子皮肤的材料。

本实验使用的主要药品为碳酸钙（CaCO3）、十二水合磷酸氢二钠（Na2HPO4·12H2O）、聚丙烯酸（PAA）、海藻酸钠和多壁碳纳米管，碳酸钙和磷酸氢二钠、碳纳米管是实验中比较常用的无机材料，无毒无害；海藻酸钠常用作食品的增稠剂、稳定剂、乳化剂等，同样无毒。整个实验过程在水溶液中进行，只需要高速搅拌，无需高温高压环境。不论是实验药剂还是实验过程，安全性都较高，满足安全要求。另外，实验中不产生对环境有污染的副产物，生成的水凝胶也对环境无害。本实验因采用了3D打印，成本可能会较高。

综上所述，我们制备的矿物水凝胶具有独特的力学性质，可以感知外界压力变化，不仅在人工智能、人机交互和可穿戴设备等领域显示了巨大的应用潜力，对于未来开发新型的具有良好力学适应性的智能皮肤材料也具有一定的启发。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备： 制备聚丙烯酸-无定形磷酸钙-碳纳米管-海藻酸钠（PAA-ACP-CNTs-Alginate）的水凝胶。

材料表征：SEM、XRD、XPS、TGA、应力-应变测试

2.2 研究目标

1、制备出可用于3D打印的聚丙烯酸-无定形磷酸钙-碳纳米管-海藻酸钠（PAA-ACP-CNTs-Alginate）水凝胶。

2、3D打印水凝胶作为电子皮肤的核心元件，再加上两个金属电极制成电子皮肤器件。