在柔性傳感器中高質量地捕捉多樣化的運動信號，要求軟性傳感材料在長時間內穩定且無延遲地實現信號轉換與傳輸。然而，傳統依賴彈性機制所獲得的低滯后性能，常以犧牲材料的抗裂紋擴展能力為代價，這意味著材料在經歷反復變形或高應力集中時容易產生裂紋并迅速擴展，從而大幅削弱其耐久性與使用壽命。
圖1. 高動態氫鍵 D-gel的設計與低滯后特性
近期，太原理工大學葉亞楠教授團隊提出了利用擁擠且競爭性的動態氫鍵網絡來制備低滯后、高性能水凝膠的新策略。該研究通過引入低共熔溶劑（DES）組分，構建出一個高度動態的致密氫鍵網絡（圖1a），該網絡中氫鍵的動態重構促使高強度且可快速重組的多樣化氫鍵生成，這種高度動態的氫鍵在大應變拉伸下也能呈現出機械“隱形”特性，實現高效能量耗散與極低滯后響應（<3%）的統一（圖2a，c）。同時，構成該體系的動態氫鍵具有與裂紋擴展速率倒數相當的松弛時間，能夠有效緩解裂紋尖端的應力集中，顯著提升材料的極限斷裂應變和裂紋擴展抗性（圖3）。相關工作以“Ultra-Low Hysteresis Under Large Deformation Enabled by Fast Chains Relaxation in Highly Competitive Dynamic Hydrogen Bond Networks”為題發表在《Advanced Science》上（Adv. Sci. 2025, e05417）。太原理工大學材材料科學與工程學院博士生郭帥均和朱石磊博士為文章的共同第一作者。太原理工大學/中國科學技術大學葉亞楠教授為文章通訊作者。該文章受到國家自然科學基金青年科學基金項目和太原理工大學高層次人才引進啟動科研經費的資助。
圖2. D80-gel的機械性能及低滯后特性
圖3. D80-gel 與 PAAm水凝膠的裂紋擴展行為對比
本文作者所在團隊為太原理工大學高分子流變學與功能材料研究團隊，由教育部“長江學者”特聘教授、國家杰出青年基金獲得者鄭強教授。團隊配備了高分子材料合成、結構表征與性能測試等相關研究所需的先進儀器設備，擁有細胞實驗平臺，支持從細胞培養、生物相容性評估到細胞行為分析的全流程研究。
團隊成員葉亞楠教授與朱石磊博士在凝膠及彈性體流變學、水凝膠復合材料的增韌機制與功能構筑等方向具有深厚的理論基礎，并積極探索輻射聚合高強韌凝膠制備新方法及其在海水提鈾及生物醫用方面的新應用。歡迎對相關研究感興趣的老師和同學與我們深度交流合作。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202505417
- 北京科技大學李立東教授團隊《Adv. Funct. Mater.》：空間約束誘導制備超低滯后水凝膠 2023-03-10
- 湖南工業大學經鑫教授課題組 AFM：具有超低滯后、超快響應及高線性的多功能有機凝膠 2023-02-12
