可拉伸離子導體可在大形變下持續傳導離子信號，但其電阻往往隨拉伸應變急劇增大，導致離子傳導性能嚴重衰減。盡管可以通過系統校準消除應變效應帶來的影響，但這一過程較為繁瑣且會犧牲信號保真度。螺旋幾何設計也可降低電阻應變敏感度，但由于離子導體本征柔性易變形，這一方法也較難推廣。如何從材料結構設計角度實現離子導體電阻應變不敏感仍是一個巨大的挑戰。
東華大學武培怡-孫勝童研究團隊近年來致力于通過黏彈網絡分子設計和相結構調控策略開發高性能離子導電材料：基于液晶組裝誘導相分離制備了電導率隨拉伸急劇提升的離子導電液晶彈性體纖維（Adv. Mater. 2021, 33, 2103755）；基于多尺度網絡設計合成了應變硬化自修復離子皮膚（Nat. Commun. 2021, 12, 4082；Nat. Commun. 2022, 13, 4411）；基于熵驅動聚電解質-礦物納米簇相互作用制備了強烈熱致硬化水凝膠（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204960）；利用相分離含氟共聚物的動態粘滯組裝開發了高阻尼離子皮膚（Adv. Mater. 2023, 35, 2209581）；通過應變速率誘導相分離策略開發了剝離硬化自粘附離子液體凝膠（Adv. Mater. 2023, 35, 2310576）；利用多級氫鍵締合及動態相分離開發了在極寬頻率范圍內處于臨界凝膠點狀態的自順服離子皮膚（Nat. Commun. 2024, 15, 885）。
近期，該團隊分析認為，離子導體的應變電阻響應基本符合Pouillet’s law預測（R/R0 = (ε+1)2/(σ/σ0), 其中ε是應變，R/R0是應變引起的電阻變化，σ/σ0是應變引起的電導率變化）。由于常規離子導體隨拉伸電導率提高幅度較小，難以抵消應變帶來的影響，導致電阻急劇提升，適于傳感但不利于信號傳輸。因而，要實現應變電阻不敏感，須大幅提高離子電導率的變化率以抵消應變效應。該團隊前期通過構筑液態金屬復合彈性體纖維的固-液雙連續結構，初步實現了電子導體的電導率變化率提升及應變電阻不敏感響應（Sci. Adv. 2021, 7, eabg4041），為解決離子導體的應變響應問題提供了思路。
圖1. 應變電阻不敏感離子導電纖維的工作原理。
圖2. 雙連續結構纖維的微觀形貌、力學和電學性能表征。
圖3. 應變電阻不敏感的機理分析。
圖4. 雙連續結構纖維的抗缺口、耐疲勞和機電循環性能。
圖5. 雙連續結構纖維作為離子導線傳輸交變信號。
以上研究成果近期以“A Solid-Liquid Bicontinuous Fiber with Strain-Insensitive Ionic Conduction”為題，發表在《Advanced Materials》（DOI: 10.1002/adma.202402501）上。東華大學化學與化工學院博士研究生葉華挺為文章第一作者，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.202402501
