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  拉脹導電彈性體是一類具有負泊松比特性和導電功能的機械超材料，在柔性傳感器、可穿戴設備和可拉伸顯示器等領域展現出獨特的應用潛力。目前，拉脹導電彈性體通常是在傳統導電彈性體中引入特定幾何結構來實現拉脹性能。但拉脹幾何結構的多孔特性往往導致材料的力學性能和導電性顯著下降。為解決這一難題，北京化工大學胡君教授團隊通過在高模量導電彈性體中引入凹角蜂窩結構作為拉脹骨架，并與低模量導電彈性體基質復合，制備了一體化拉脹導電彈性體復合材料（IACE，圖1）。得益于拉脹骨架和基質界面處的共價互連和拓撲纏結作用，IACE在拉伸載荷下保持良好的界面結合，展現出優異的可拉伸性。

圖1. IACE的制備示意圖

  IACE中骨架和基質之間的模量過渡區可以有效緩解因模量突變引起的應力集中，從而確保界面結合的穩定性。基質在拉脹骨架牽引下的拉伸形變可以傳遞骨架上的應力，促進應力的均勻分布和能量的高效耗散。相較于單獨的拉脹骨架，IACE展現出更為優異的機械性能，包括2.6 MPa的斷裂應力、457%的斷裂伸長率及7.2 MJ·m^-3的韌性。此外，IACE在0-85%的寬應變范圍內呈現負泊松比效應。相較于其他的拉脹導電聚合物，IACE在高拉伸性和寬拉脹應變范圍方面展現出顯著優勢（圖2）。

圖2. IACE的界面性能、機械性能及拉脹性能

  與傳統正泊松比彈性體在拉伸載荷下的均勻應變分布不同，IACE的骨架和基質展現出獨特的異質應變分布。基體的平均局部應變顯著高于總應變，而骨架的平均局部應變略低于總應變。得益于拉脹形變誘導的獨特離子傳輸路徑，IACE在寬應變范圍內表現出優異的傳感性能，且靈敏度顯著提升。同時，IACE還具有精確可逆且快速的電阻響應能力。將IACE粘附在機械臂關節處，通過監測機械臂關節從伸展狀態到彎曲狀態轉換過程中IACE的相對電阻變化，可以實現對關節彎曲狀態的實時反饋。經多次循環載荷測試，IACE仍能保持穩定的信號傳輸性能（圖3）。

圖3. IACE的電傳感性能

  該研究工作為開發具有穩固界面和寬拉脹應變范圍的一體化拉脹材料提供了新思路，有效緩解了拉脹骨架和基質的模量差異對界面結合及拉脹特性的不利影響。相關研究論文以“Bioinspired Integrated Auxetic Conductive Elastomer Composite With High Stretchability and Robust Interface”為題發表于Small期刊上。第一作者為北京化工大學軟物質科學與工程高精尖創新中心博士生李佳偉，通訊作者為北京化工大學胡君教授、中國航空制造技術研究院張寶艷研究員以及航天材料及工藝研究所郝杰研究員。該研究工作得到了北京市自然科學基金-小米創新聯合基金和中央高校基本科研業務費的資助，感謝所有合作者對該研究工作的貢獻。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202504272