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  離子皮膚材料可用作貼皮電子器件實時采集人體生理信號，其佩戴舒適性和信號質量依賴于材料良好的透氣性和自順服性。然而，在同一離子皮膚材料中實現雙重功能并不容易。透氣性可通過多孔材料設計來實現，但往往難以匹配皮膚動態力學而發生界面粘附失效。提高材料粘性（如調至臨界凝膠點狀態）可實現良好的自順服性，但高粘性又會導致孔道結構難以維持，損失透氣性。

  東華大學武培怡-孫勝童團隊長期致力于智能柔性材料的力學防護研究：基于多尺度競爭網絡開發了應變硬化離子皮膚，提升其拉伸耐受性和耐疲勞性（Nat. Commun. 2021, 12, 4082；Nat. Commun. 2022, 13, 4411）；借助熵驅動相互作用研發了熱致硬化水凝膠，實現高溫穩定性（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204960；Natl. Sci. Rev. 2025, 12, nwaf072; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202518064）；利用粘滯性含氟共聚物開發了抵抗振動破壞的高阻尼離子皮膚（Adv. Mater. 2023, 35, 2209581）；基于高熵罰鹽橋氫鍵合成了沖擊硬化超分子聚合物（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 7533）；利用溫敏雙連續相分離制備了用于摩擦防護的潤滑氟凝膠（Adv. Mater. 2024, 36, 2411273）；通過多尺度物理交聯開發了在寬頻范圍內處于凝膠點狀態的自順服離子皮膚（Nat. Commun. 2024, 15, 885）等。

  近期，該團隊利用液晶彈性體的獨特軟彈性解決了離子皮膚透氣性和自順服性之間的性能矛盾。液晶彈性體（LCE）可在化學交聯狀態下通過液晶疇的自由轉動耗散能量，這一過程幾乎不產生內應力。因而，液晶彈性體可在保持孔道結構完整性的同時實現良好的自順服性能。為此，他們利用同軸靜電紡絲制備了以液晶彈性體為芯、離子導電水凝膠為鞘的超薄納米纖維膜（厚度僅8微米）。作為離子皮膚，它即可通過芯層耗散界面應力，又可通過鞘層傳輸電荷，同時保持穩定的孔道結構以實現透氣性。

圖1. 超薄透氣自順服離子皮膚的工作原理

  通過調控同軸紡絲的芯層與鞘層流速，該離子皮膚的孔隙率、鞘層厚度及離子電導率廣泛可調。此外，他們通過SEM、TEM、偏光顯微鏡等多種手段驗證了芯鞘結構的成功構筑及LCE芯層的液晶特性。

圖2. 離子皮膚的結構與性能表征

  靜電紡絲形成的多孔結構使得離子皮膚具備優異的透濕性和透氣性。水蒸氣透過率達1200 g m^-2 day^-1，遠高于日常皮膚汗液揮發率（~600 g m^-2 day^-1）。空氣透過率達471 L m^-2 s^-1，可媲美常見棉織物。作為展示，干冰產生的“水霧”能順利穿透材料，而變形后的離子皮膚接觸水面后，可快速透水并瞬間恢復原狀。

圖3. 離子皮膚的透濕性和透氣性

  此外，液晶彈性體的軟彈性使得離子皮膚具有極為優異的自順服性，可有效耗散皮膚形變產生的界面應力。離子皮膚對多種基底表現出極好的粘附能力，且在剝離、剪切、接觸分離等多種動態破壞模式下保持穩定的粘附能力。作為對比，以熱塑性聚氨酯（TPU）為彈性芯層的納米纖維膜無法維持動態界面的粘附能力。

圖4. 離子皮膚的自順服性能

  憑借這些綜合優勢，該透氣自順服離子皮膚在電生理監測領域展現出強大應用潛力。與可拉伸銀電極復合制成的貼皮電子器件，其界面阻抗顯著低于商用凝膠電極，且能完美貼合指紋、褶皺等復雜曲面皮膚。在手部肌肉肌電監測中，該離子皮膚可精準捕捉拇指細微動作的誘發動作電位，不僅信號保真度高，還能有效抑制運動偽影。

圖5. 離子皮膚的動態肌電監測應用

  以上成果近期以“Self-compliant ionic nanomesh for gas-permeable and stress-free on-skin electronics”為題，發表于《Nature Communications》（DOI：10.1038/s41467-025-66512-2）上。東華大學化學與化工學院博士研究生杜欽青為文章第一作者，孫勝童研究員和武培怡教授為論文共同通訊作者。劉玲燕副研究員為本工作提供了生物學支持。

  該研究工作得到了國家自然科學基金重點、優青、面上等項目的資助與支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66512-2