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  近日，上海科技大學凌盛杰課題組和東北林業(yè)大學陳文帥課題組合作，以細菌纖維素納米纖維（作為骨架）和絲素蛋白鹽溶液（作為滲透相）為原料，開發(fā)了一種細胞骨架啟發(fā)的具有雙絲狀網(wǎng)絡結構的水凝膠離子導體材料（Cytoskeleton-Inspired hydrogel Ionotronics，CIHI），制備方法、結構示意圖及形貌如圖1所示。CIHI有效解決了通常水凝膠離子電子材料在柔軟性、強度、韌性三者之間難以達到力學平衡的難題。這種細胞骨架狀結構表現(xiàn)出典型的韌性“應力-應變”曲線，其斷裂強度、楊氏模量和韌性分別達到7 ± 2 MPa，74 ± 33 MPa和1.8 ± 0.8 MJ m^-3，比細菌纖維素納米纖維水凝膠的相應性能分別提高5倍，27倍和11倍（圖2A）。通過與其它生物或工程材料相比，CIHI填充了軟材料力學（強度與剛度平衡）空白區(qū)（圖2B和2C）。此外，CIHI表現(xiàn)出典型的韌性斷裂漸進破壞特征(圖2D和圖2E)。與軟韌性材料和軟質抗疲勞材料相比，CIHI在宏觀結構被破壞時依然可以保持大應變和高疲勞閾值(圖2F-H)。研究團隊還通過高分辨率同步輻射小角x射線散射（SAXS）成像表征，進一步證實了細菌纖維素納米纖維網(wǎng)絡的拉伸誘導結構重構對CIHI斷裂韌性的貢獻（圖3）。另一方面，這種類細胞骨架結構還使CIHI能夠承受較為極端的機械刺激，如嚴重變形、長期循環(huán)拉伸、高頻剪切和沖擊。

 圖3預缺口CIHI在拉伸過程中的結構演變

圖4 CIHI用于智能識別 

圖5 CIHI用于電致發(fā)光顯示

  該工作以“Cytoskeleton-inspired hydrogel ionotronics for tactile perception and electroluminescent display in complex mechanical environments”為題發(fā)表在《Materials Horizons》上。該研究得到國家自然科學基金，上海科技大學啟動資金等基金項目的支持。

  上海科技大學與東北林業(yè)大學聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生代晨晨，上海科技大學博士研究生王洋和碩士研究生單弈誠為該文章共同第一作者。上海科技大學凌盛杰教授，助理研究員任婧博士，與東北林業(yè)大學陳文帥教授為文章的通訊作者。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D2MH01034H