拉胀导电弹性体是一类具有负泊松比特性和导电功能的机械超材料，在柔性传感器、可穿戴设备和可拉伸显示器等领域展现出独特的应用潜力。目前，拉胀导电弹性体通常是在传统导电弹性体中引入特定几何结构来实现拉胀性能。但拉胀几何结构的多孔特性往往导致材料的力学性能和导电性显著下降。为解决这一难题，北京化工大学胡君教授团队通过在高模量导电弹性体中引入凹角蜂窝结构作为拉胀骨架，并与低模量导电弹性体基质复合，制备了一体化拉胀导电弹性体复合材料（IACE，图1）。得益于拉胀骨架和基质界面处的共价互连和拓扑缠结作用，IACE在拉伸载荷下保持良好的界面结合，展现出优异的可拉伸性。

图1. IACE的制备示意图

  IACE中骨架和基质之间的模量过渡区可以有效缓解因模量突变引起的应力集中，从而确保界面结合的稳定性。基质在拉胀骨架牵引下的拉伸形变可以传递骨架上的应力，促进应力的均匀分布和能量的高效耗散。相较于单独的拉胀骨架，IACE展现出更为优异的机械性能，包括2.6 MPa的断裂应力、457%的断裂伸长率及7.2 MJ·m^-3的韧性。此外，IACE在0-85%的宽应变范围内呈现负泊松比效应。相较于其他的拉胀导电聚合物，IACE在高拉伸性和宽拉胀应变范围方面展现出显著优势（图2）。

图2. IACE的界面性能、机械性能及拉胀性能

  与传统正泊松比弹性体在拉伸载荷下的均匀应变分布不同，IACE的骨架和基质展现出独特的异质应变分布。基体的平均局部应变显著高于总应变，而骨架的平均局部应变略低于总应变。得益于拉胀形变诱导的独特离子传输路径，IACE在宽应变范围内表现出优异的传感性能，且灵敏度显著提升。同时，IACE还具有精确可逆且快速的电阻响应能力。将IACE粘附在机械臂关节处，通过监测机械臂关节从伸展状态到弯曲状态转换过程中IACE的相对电阻变化，可以实现对关节弯曲状态的实时反馈。经多次循环载荷测试，IACE仍能保持稳定的信号传输性能（图3）。

图3. IACE的电传感性能

  该研究工作为开发具有稳固界面和宽拉胀应变范围的一体化拉胀材料提供了新思路，有效缓解了拉胀骨架和基质的模量差异对界面结合及拉胀特性的不利影响。相关研究论文以“Bioinspired Integrated Auxetic Conductive Elastomer Composite With High Stretchability and Robust Interface”为题发表于Small期刊上。第一作者为北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心博士生李佳伟，通讯作者为北京化工大学胡君教授、中国航空制造技术研究院张宝艳研究员以及航天材料及工艺研究所郝杰研究员。该研究工作得到了北京市自然科学基金-小米创新联合基金和中央高校基本科研业务费的资助，感谢所有合作者对该研究工作的贡献。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202504272