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  離子凝膠因其可調的力學性能和優異的多功能特性，在柔性仿生皮膚、人工肌肉和軟體機器人等領域展現出巨大潛力。然而，現有離子凝膠往往缺乏類似天然組織的各向異性結構，難以在縱橫方向上實現差異化的力學性能。肌腱等生物組織所具有的高強度、高模量及顯著的各向異性結構，為開發高性能仿生離子凝膠提供了重要靈感。

  2026年1月19日，福州大學材料科學與工程學院于巖教授/呂曉林副教授在《Advanced Materials》上發表題為《Supramolecular interlocking produces mechanically anisotropic, robust, and tough biomimetic ionogels》的研究論文（Adv. Mater. 2026, e11903）。該工作受肌腱結構的啟發，提出了一種超分子互鎖策略，將平行排列的剛性纖維束嵌入柔性離子凝膠基體中，通過聚合物鏈、離子與纖維表面之間的超分子相互作用形成緊密的界面結合，成功制備了兼具高機械性能和顯著力學各向異性的復合離子凝膠（ACIG）（圖1）。

圖1. ACIG的仿生設計示意圖及其與各向異性水凝膠/離子凝膠的性能對比

  其中，ACIG-70實現了高達54 MPa的拉伸強度、384 MPa的楊氏模量，以及高強度各向異性（77）和高模量各向異性（888），其性能可以與高性能生物肌腱/韌帶相媲美（圖2）。

圖2. ACIG的力學性能

  X射線光電子能譜、分子動力學模擬等結果表明，離子凝膠與碳纖維之間通過豐富的離子-偶極、氫鍵等超分子相互作用形成了緊密的“互鎖”界面。在平行于纖維方向，離子凝膠通過剪切變形在纖維束之間有效傳遞應力，并通過纖維斷裂和超分子鍵解離耗散能量，賦予材料高強度與高模量；在垂直于纖維方向，纖維幾乎不承受應力，材料表現出離子凝膠固有的高柔韌性和可拉伸性。

圖3. 增韌和力學各向異性機理

  通過更換離子凝膠的單體、離子液體種類或纖維類型，均可制備出具有優異力學性能和各向異性的復合離子凝膠（圖4），證明了超分子互鎖策略的廣泛適用性。

圖4. 策略普適性

  福州大學材料科學與工程學院碩士研究生康家豪為本論文的第一作者，福州大學于巖教授、呂曉林副教授、福建協和周飄飄為論文共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、福建省光電信息科學與技術創新實驗室、國家重點研發計劃等項目的資助。

  近年來，該團隊圍繞“離子導電軟材料的多尺度結構設計與性能調控”展開研究，通過離子-偶極相互作用動態調控機制構建了阻尼離子彈性體（Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2408017）和應變硬化離子彈性體（Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2402952）；通過離子相互作用和相分離結構調控能量耗散協同網絡，構建了力學性能可調的離子凝膠（Adv. Mater. 2024, 36, 2410572；Sci. China Mater. 2023, 66, 1539-1550）、聚離子液體彈性體（Macromolecules 2024, 57, 2339；Adv. Funct. Mater. 2023, 35, 2305314）和水凝膠材料（Adv. Mater. 2025, 37, 2502328；Adv. Mater. 2025, 37, 2413856）；通過跨尺度的界面設計，開發了有機/無機復合凝膠材料（Nat. Commun. 2025, 16, 4005）。

  論文鏈接：http://doi.org/10.1002/adma.202511903