水凝胶在柔性电子、可穿戴设备和软体机器人等领域具有良好的应用前景。然而，大多数水凝胶机械性能差、环境稳定性不足，严重限制了其在复杂环境中的实际应用。此外，尽管3D打印等先进制造技术可以构建具有复杂结构的水凝胶致动器甚至人工肌肉，但这些材料通常无法像人体一样在执行动作的同时具备感知能力。因此，如何协同增强水凝胶的机械稳健性和环境耐受性，并赋予其类似于肌肉的致动-感知功能，是该领域的关键挑战之一。

  2026年7月29日，福州大学吕晓林副教授在《Nature Communications》上发表文章《Ionic weaving network enables mechanically robust smart hydrogels with anti-swelling and antifreezing capabilities》，报道了一种离子编织策略，通过力诱导限制性干燥和金属离子配位，构建了具有均匀三维拓扑交联网络的离子编织水凝胶（IWH）。

图1. 制备过程和内部相互作用示意图

  通过红外光谱、SAXS和XPS等手段进行表征可以发现，直接浸泡在盐溶液中制备的传统金属配位水凝胶（MCH）存在金属离子分布不均匀的问题，从而导致在聚合物网络中同时存在氢键和金属配位相互作用。但是，Fe³⁺和羧基之间的配位在IWH中实现了均匀分布，从而使得来自于氢键的散射完全消失。同时，相比于MCH，IWH中配位的羧基数量也更多，其聚合物网络也更加致密。

图2. 结构表征

  IWH展现出卓越的力学性能，其强度、模量和韧性分别达到9.2 MPa、18.2 MPa和57.4 MJ/m³。IWH不仅可以承受各种变形，还能提起超过自身重量12,000倍的重物。动态的配位网络不仅可以实现有效的能量耗散，而且在变形后具有良好的自恢复能力。此外，IWH还具有优异的抗溶胀和抗冻能力。在水中浸泡一周，溶胀率仅为0.5%；即使置于-196 °C的低温下，仍然能保持稳定的结构。

图3. 机械性能和环境耐受性

  进一步通过流变测试、不同速率下的力学测试、拉伸红外等实验手段表征了IWH的结构-性能关系。结果表明，相比于对照样，IWH中的配位网络更加稳定，可以有效限制聚合物链段的运动。同时，IWH在变形时可以通过配位键的同步解离协同实现应力传递和能量耗散。

图4. 机理分析

  基于IWH的环境稳定性和离子导电能力，其可以在较大的应变范围内实现稳定的电阻响应，从而在水下实现传感功能。此外，IWH还具有良好的形状记忆能力，通过溶剂刺激可以在乙醇和水中实现形状编程和回复。动态的配位网络还使其可以在盐溶液中实现永久形状的按需重构。结合3D打印和传感功能，IWH还可以在复杂结构的编程和回复过程中实时感知环境和自身状态在时空维度上的变化。

图5. 传感特性

图6. 多功能特性

  福州大学材料科学与工程学院2026届硕士甘梦雨为本论文的第一作者，福州大学吕晓林、福建协和周飘飘为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、福建省自然科学基金、福州大学旗山学者等项目的资助。

  近年来，该团队围绕“离子导电软材料的结构设计与性能调控”展开研究，揭示了离子协同网络中强、弱相互作用的动态演化规律及调控机制，构建了阻尼离子弹性体（Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2408017）、力学性能可调的超分子离子凝胶（Adv. Mater. 2024, 36, 2410572）；聚焦复杂环境下的性能强化和可靠服役，通过多尺度结构协同耗散能量，构建了高缠结离子弹性体（Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2402952）、有机/无机复合软材料（Adv. Mater. 2026, 38, e11903；Nat. Commun. 2025, 16, 4005；Adv. Mater. 2025, 37, 2502328）；通过机械-离子耦合响应，实现了复杂环境下的传感（Adv. Funct. Mater. 2023, 35, 2305314）和致动（Adv. Mater. 2025, 37, 2413856）。

  论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-76165-4