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  仿生離子皮膚材料成功模擬了人體皮膚的離子感知、可拉伸、彈性、自修復等諸多特性，在人機交互、柔性電子、軟體機器人等領域表現出巨大的應用潛力�，F階段，離子皮膚的自修復和離子導電特性可通過富含離子的超分子網絡進行設計，然而如何進一步優化離子皮膚的力學耐受性逐漸成為該領域發展的一個難點問題。

  東華大學武培怡-孫勝童研究團隊近年來致力于通過多級黏彈網絡設計開發高力學耐受的離子皮膚材料：（1）基于兩性離子超分子競爭網絡開發了應變硬化自修復離子皮膚，提高了材料抵抗拉伸斷裂的耐受性（Nat. Commun. 2021, 12, 4082）；（2）模擬真實皮膚的可修復納米纖維復合結構，通過高模量聚氨酯納米纖維網與低模量離子導電基質復合，提升了離子皮膚抵抗循環裂紋擴展的疲勞耐受性（Nat. Commun. 2022, 13, 4411）；（3）基于熵驅動的聚丙烯酸-礦物納米簇可逆物理吸附相互作用，制備了可強烈熱致硬化的離子導電水凝膠，提升了材料抵抗高溫破壞的力學耐受性（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204960）。

  除此之外，沖擊或撞擊引發的低頻震蕩（0.1-50 Hz）也是一種極為重要的力學破壞形式。如不能利用阻尼系統加以保護，震蕩波往往會對軟體仿生機器人內部脆弱的元器件造成致命傷害。然而，現有的離子皮膚甚至更廣泛意義上的彈性體材料，很難兼顧自修復性、彈性和震蕩阻尼這三種性能。這是因為，高彈性回復往往要求分子鏈摩擦較低，而高阻尼要求分子鏈摩擦較大以產生熱內耗，這二者從分子設計上近乎是矛盾的。

  受脂肪組織二元復合結構啟發，該研究團隊近期開發了一種兼有高阻尼、高回彈及自修復性能的離子皮膚材料。作者巧妙地篩選出可自發相分離的粘滯性含氟共聚物這一體系以實現對人體脂肪組織的仿生構筑。其中，短側基含氟單體（TFEA）聚合后為低Tg聚合物，可產生高效鏈纏結，而長側基含氟單體（PFOEA）聚合后可形成剛性側基的頭對頭近晶組裝，從而產生強分子鏈摩擦及粘滯阻力。在LiTFSI存在下，二者共聚可發生原位相分離，得到富含PPFOEA的高阻尼納米相（模擬粘性脂肪細胞）及富含PTFEA的彈性基體（模擬細胞外基質）。與以往離子皮膚主要工作在流變彈性區不同，這一離子皮膚主要工作在流變耗散區（玻璃化轉變區），從而在人體運動頻率范圍（0.1-50 Hz）內產生超高阻尼系數（tan δ均大于 1）。此外，該離子皮膚兼具高拉伸（21倍伸長）、柔性、應變硬化、高力學回彈、室溫自修復及完全可回收等優異的綜合性能。   

圖1. 高阻尼自修復離子皮膚的仿生結構設計

圖2. 高阻尼離子皮膚的力學性能和結構表征

圖3. 高阻尼離子皮膚的二維相關紅外光譜表征

圖4. 高阻尼離子皮膚的能量耗散、彈性回復、自修復和可回收性

  以上研究成果近期以“Highly Damping and Self-Healable Ionic Elastomer from Dynamic Phase Separation of Sticky Fluorinated Polymers”為題，發表在《Advanced Materials》（DOI: 10.1002/adma.202209581）上。東華大學化學與化工學院碩士研究生向淮為文章第一作者，孫勝童研究員和武培怡教授為論文共同通訊作者。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209581