智能可編程材料因其能夠響應(yīng)外部刺激（如機械力、電場、溫度）而改變自身狀態(tài)，引起了廣泛關(guān)注。然而，目前大多數(shù)力學(xué)可編程材料難以同時兼具可變剛度特性和高力學(xué)性能，極大地限制了其在傳感器件和軟體機器人等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
基于此，國科大趙紫光、吳雨辰/北航劉明杰合作制備出一種兼具寬跨度可變剛度特性與高力學(xué)性能的雙連續(xù)離電凝膠材料，實現(xiàn)了雙向離子壓阻傳感特性。研究團隊通過采用正交聚合誘導(dǎo)相分離策略，構(gòu)建了一種具有雙連續(xù)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的異質(zhì)凝膠材料，其中類玻璃體（vitrimer）聚合物網(wǎng)絡(luò)作為可變剛度的連續(xù)相；離子液體凝膠作為離子傳導(dǎo)相。基于雙連續(xù)異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用，該材料展現(xiàn)出高機械強度（彈性模量高達116 MPa），高應(yīng)變性能（> 1000%）和寬跨度可變剛度特性（剛度切換比> 5×103）。此外，材料的離子液體相具有界面催化功能，有助于加快vitrimer相的動態(tài)共價鍵重排，進而賦予了材料優(yōu)異的形狀可編程能力。更重要的是，該異質(zhì)界面雙連續(xù)離電凝膠材料展現(xiàn)了可變剛度門控特性，實現(xiàn)了雙向離子壓阻傳感功能（集成正/負(fù)壓阻），與現(xiàn)有單向壓阻材料相比，極大地提升了傳感器的復(fù)雜觸覺感知能力。該團隊利用雙連續(xù)離電凝膠材料組裝了觸覺傳感器陣列。該設(shè)計策略有助于加深人們對智能門控離電材料的理解，為新一代離子傳輸器件提供了新思路。
文章的通訊作者為國科大趙紫光、吳雨辰/北航劉明杰。論文以" Bicontinuous vitrimer heterogels with wide-span switchable stiffness-gated iontronic coordination"為題發(fā)表于最新一期《Science Advances》上。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委的大力支持。
圖1 雙連續(xù)離電凝膠材料的設(shè)計和結(jié)構(gòu)特征
圖2 高機械性能和大跨度可切換剛度
圖3 雙向剛度門控離電壓阻傳感
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl2737
