功能皮膚是一種具有可編程響應性的功能材料層，可緊密貼附或“生長”于目標表面形成一體化系統。以硅膠、水凝膠等為代表的軟材料，因其低模量、輕質等特性，已成為功能皮膚的常用選材并推動了在軟體機器人、柔性電子、熱管理及仿生設計等領域的應用。然而，當目標基底具有不規則的幾何形狀、復雜的表面微結構以及動態變形等特點時，功能皮膚的部署及長期的保形貼合依然存在挑戰。
傳統功能皮膚的部署主要有兩種方式：一是粘附預制的薄膜或粘彈性材料，二是沉積液體前驅體并原位固化。預制薄膜雖可用于平面或可展曲面，但在復雜曲面上受固有拓撲限制難以實現無縫接觸；粘彈性材料雖可通過柔軟形變貼附曲面，但其體積笨重的特點易掩蓋基底微特征。相比之下，液體前驅體可通過浸涂、噴涂、刷涂或打印等方式實現共形覆蓋，但依然面臨操作性與成型質量間的權衡：低粘度前驅體易加工但成型能力弱，高粘度前驅體可實現穩定沉積卻依賴復雜的定制配方與繁瑣的工藝流程。此外，固化與后處理步驟也延長了制備時間并限制了實際應用。因此，亟需發展一種快速、簡便且高效的新型制備策略。
2026年1月24日，浙江大學交叉力學中心楊栩旭研究員、李鐵風教授和復旦大學梅時良研究員合作共同在Advanced Functional Materials期刊以Spraying Conformal Hydrogel Skins as Functional Platform為題報道了一種新型的多功能水凝膠皮膚制備技術。團隊在此前凝膠干粉的研究基礎上（Military Med Res 10, 15 (2023)；Small 21, 2408780 (2025)；Natl. Sci. Rev. 12, nwaf042 (2025)）巧妙地將各種功能組分（包括磁性顆粒，變色顆粒以及熒光量子點）均勻嵌入到凝膠干粉中。通過一步噴涂方法將功能化的凝膠干粉沉積到任意幾何形狀的基底上，不受表面拓撲和材料種類的影響。隨后的重新水化會促使粉末快速愈合形成一張高度適形的功能性水凝膠皮膚，無需額外的固化過程。該策略結合了卓越的粉末儲存穩定性和噴涂部署便捷性，且最終形成的功能性水凝膠皮膚具有出色的適形性、連續性、均勻性和厚度可控性。論文共同第一作者是浙江大學航空航天學院交叉力學中心博士生袁輝和沈毅鋒。該研究得到國家自然科學基金委的支持。
圖1.凝膠干粉噴涂策略用于部署適形多功能水凝膠皮膚。
圖2.磁性水凝膠皮膚的噴涂制備。
部署的磁性水凝膠皮膚堅固耐用，能夠承受扭曲、彎曲、折疊和拉伸而不出現破損，分層或界面滑移。通過180度撕裂測試測量了磁性水凝膠皮膚的斷裂韌性，33w%NdFeB@SiO2顆粒負載下斷裂韌性超過800 J/m2,60wt%負載下超過500 J/m2。此外，通過90度剝離測試測量了磁性水凝膠皮膚的在各種柔軟和剛性材料上的界面韌性。測試過程中所有樣品均表現出內聚破壞和高界面韌性：PDMS>480 J/m2，橡膠>590 J/m2，塑料>570 J/m2，木材、陶瓷、鋼鐵>600 J/m2，玻璃>690 J/m2。
圖3.磁性水凝膠皮膚的機械性能。
這些適形貼合的磁性水凝膠皮膚能夠將靜態物體轉變為軟體機器人，同時完美保留其原始形態和微觀結構特征。作為代表性的演示，作者將磁性水凝膠皮膚噴涂在彈性體薄膜、楓葉或液態金屬球上，隨后進行取向磁化。這些軟機器人在由亥姆霍茲線圈或永磁體控制時，展示出了振翅、抓取和運動能力，同時具備治療性操作功能。
圖4.適形磁性水凝膠皮膚覆蓋的軟體機器人展示。
此外，作者還開發了熱致變色和熒光水凝膠皮膚。這些功能分別通過商業熱致變色顆粒和AgInGaS/ZnS量子點實現。通過組合設計，作者將這兩種仿生功能整合到磁性軟機器人中，使其能夠模擬自適應的著色和熒光行為。
圖5.軟體機器人的著色和熒光。
總結而言，本工作開發了一種基于凝膠干粉的噴涂策略能夠快速便捷地制造功能性水凝膠皮膚。與使用預制薄膜或粘彈性材料的傳統方法不同，通過噴涂高精度地沉積微米級粉末可以完美貼合基底表面形狀，同時保持原始尺寸和微觀結構特征。與基于液體前驅體的技術相比，凝膠干粉噴涂僅需一個噴霧步驟即可觸發瞬間水化愈合，從而省去了耗時的固化過程。該水凝膠皮膚平臺未來在軟機器人、貼合能量儲存裝置、表皮電子學、仿生顯示和先進生物醫學系統等場景中具有廣闊的應用潛力。
鏈接地址：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202527145
