在柔性傳感器中高質(zhì)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(nèi)穩(wěn)定且無延遲地實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換與傳輸。然而，傳統(tǒng)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(jīng)歷反復(fù)變形或高應(yīng)力集中時容易產(chǎn)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(tài)氫鍵 D-gel的設(shè)計與低滯后特性
近期，太原理工大學(xué)葉亞楠教授團隊提出了利用擁擠且競爭性的動態(tài)氫鍵網(wǎng)絡(luò)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(gòu)建出一個高度動態(tài)的致密氫鍵網(wǎng)絡(luò)（圖1a），該網(wǎng)絡(luò)中氫鍵的動態(tài)重構(gòu)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(tài)的氫鍵在大應(yīng)變拉伸下也能呈現(xiàn)出機械“隱形”特性，實現(xiàn)高效能量耗散與極低滯后響應(yīng)（<3%）的統(tǒng)一（圖2a，c）。同時，構(gòu)成該體系的動態(tài)氫鍵具有與裂紋擴展速率倒數(shù)相當(dāng)?shù)乃沙跁r間，能夠有效緩解裂紋尖端的應(yīng)力集中，顯著提升材料的極限斷裂應(yīng)變和裂紋擴展抗性（圖3）。相關(guān)工作以“Ultra-Low Hysteresis Under Large Deformation Enabled by Fast Chains Relaxation in Highly Competitive Dynamic Hydrogen Bond Networks”為題發(fā)表在《Advanced Science》上（Adv. Sci. 2025, e05417）。太原理工大學(xué)材材料科學(xué)與工程學(xué)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(xué)/中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)葉亞楠教授為文章通訊作者。該文章受到國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目和太原理工大學(xué)高層次人才引進啟動科研經(jīng)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(xué)高分子流變學(xué)與功能材料研究團隊，由教育部“長江學(xué)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(jié)構(gòu)表征與性能測試等相關(guān)研究所需的先進儀器設(shè)備，擁有細(xì)胞實驗平臺，支持從細(xì)胞培養(yǎng)、生物相容性評估到細(xì)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(xué)、水凝膠復(fù)合材料的增韌機制與功能構(gòu)筑等方向具有深厚的理論基礎(chǔ)，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(yī)用方面的新應(yīng)用。歡迎對相關(guān)研究感興趣的老師和同學(xué)與我們深度交流合作。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202505417
