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  柔性離子導體作為未來電子皮膚、人工肌肉和軟體機器人的“神經”與“肌肉”，其性能至關重要。然而，傳統離子導體，如水凝膠、離子凝膠等，長期面臨一個難以調和的矛盾：高力學強度往往意味著低離子電導率，而高電導率又通常以犧牲機械性能為代價。此外，它們對機械應變和溫度變化的響應能力有限，且在極端溫度下性能急劇衰退，這嚴重限制了其在復雜環境下的實際應用。

  近日，上海工程技術大學宋仕強副教授、江南大學馬丕明教授與南方醫科大學侯鴻浩教授合作，通過分子設計與微相分離工程，成功研制出一種具有應變誘導離子通道排列與溫度激活離子門控釋放雙機制協同的全固態離子彈性體，實現了在極端拉伸與寬溫域條件下的超高電導率增強。

  2025年11月27日，該成果已發表于國際頂級期刊 Advanced Materials，題為“Ultra-High Conductivity Enhancement of Robust All-Solid-State Ion Elastomers via Strain-Induced Ion Channel Alignment and Temperature-Activated Ion-Gated Release”。 上海工程技術大學宋仕強副教授、江南大學馬丕明教授與南方醫科大學侯鴻浩教授為通訊作者，上海工程技術大學楊旭與楊浩文為共同第一作者，參與者還包括上海工程技術大學李唯真教授和上海交通大學張勇教授。

  研究團隊創新性地采用了“溶脹-交換-原位聚合”的制備策略（圖1）。他們將聚丙烯酰胺（PAM）與雙三氟甲基磺酰亞胺鋰鹽（LiTFSI）引入到馬來酸酐接枝的SEBS彈性體（SEBS-MAH）網絡中，構建了一個獨特的多相復合結構。SEBS軟段（PEB）：作為“離子高速公路”，通過鋰鍵（C=O...Li?）實現離子的快速傳輸；SEBS硬段（PS）：作為“離子倉庫”，通過陽離子-π效應暫存鋰離子，并在高溫下釋放；PAM相：作為“增強骨架”，與SEBS-MAH形成氫鍵，極大地提升了材料的力學強度并誘導應變下的微觀結構取向。這種多相結構通過氫鍵、鋰鍵和陽離子-π效應等多種動態非共價作用力交聯，使材料在具備卓越力學性能的同時，也擁有了智能響應能力。

圖1. SEBS/PAM/Li 彈性體的結構設計、制備流程及其在應變與溫度雙重刺激下的電導增強機制示意圖

  該離子彈性體展現出令人驚嘆的綜合性能（圖2）：拉伸強度高達46.4 MPa，斷裂伸長率可達1066%，韌性達207.8 MJ m^-3。一根僅1.3克重的材料可輕松提起一位75公斤的成年人，負載比高達58000倍。同時，它還具備優異的抗穿刺、抗撕裂性能和可回收性。

圖2. SEBS/PAM/Li 彈性體的力學、離子導電率以及可回性

  更引人注目的是其電學性能。當材料被拉伸時，其內部的PAM與SEBS會發生宏觀相分離結構，形成“褶皺”結構，提高了鋰離子的局部濃度；而SEBS微相分離結構會發生取向排列，形成更為規整的離子傳輸通道，顯著降低了離子遷移的曲折度。結果，在1066%的極限應變下，其電導率相較于初始狀態提升了1300倍，成功克服了傳統導體因幾何尺寸變化（遵循Pouillet定律）而導致的電阻急劇增加問題（圖3）。

圖3. 材料在不同應變下的電導率變化、力學性能對比及循環穩定性測試

  更為獨特的是其溫度響應行為（圖4）。當溫度超過約53 °C的閾值時，SEBS中的聚苯乙烯硬段鏈段運動能力增強，如同“打開閥門”，釋放出原本被限域的鋰離子，導致電導率急劇上升。在120 °C時，電導率提升高達1600倍。該材料在-45 °C至120 °C的超寬溫度范圍內均能保持高電導率（>10^-3 S m^-1），徹底突破了傳統水凝膠和離子凝膠的溫度使用極限。

圖4. 材料在不同溫度下的電導率變化、性能對比及輸出信號測試

  通過原位小角X射線散射、原子力顯微鏡、掃描電鏡等多尺度表征技術結合分子動力學模擬，研究團隊清晰地揭示了性能背后的機理（圖5）。應變下，SAXS圖譜由各向同性變為各向異性，證實了微相區的定向排列；SEM圖像則觀察到了由PAM與SEBS模量不匹配引發的表面屈曲褶皺，進一步促進了離子通道的整合與離子局域富集。這些微觀結構的演變，共同為離子的高速傳輸鋪平了道路。

圖5. 應變過程中微觀結構演變與離子分布變化的SEM與AFM圖像以及分子模擬

  基于其獨特的應變-溫度雙響應、高機械韌性和寬溫域穩定性，該離子彈性體是構建下一代智能柔性傳感器的理想材料。研究表明，其在20000次拉伸循環后信號依然穩定。在不同溫度與應變條件下，傳感器輸出信號具有高度可區分性，未來可用于復雜手勢識別、人體運動狀態監測、乃至在高溫或嚴寒環境下的工業設備實時健康診斷等領域，實現真正意義上的“全天候、全工況”智能感知。

  該工作首次將微相分離結構設計、動態非共價鍵交聯與應變-溫度雙刺激響應電導增強機制完美融合，為解決離子導體在力學強度、電導率與環境適應性之間的平衡難題提供了一個全新的、通用的材料設計平臺。這項技術不僅極大地推動了高性能離子電子器件在極端環境下的實用化進程，也為未來柔性電子、軟體機器人和自適應傳感系統的發展開辟了新的道路。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202512358