柔性离子导体作为未来电子皮肤、人工肌肉和软体机器人的“神经”与“肌肉”，其性能至关重要。然而，传统离子导体，如水凝胶、离子凝胶等，长期面临一个难以调和的矛盾：高力学强度往往意味着低离子电导率，而高电导率又通常以牺牲机械性能为代价。此外，它们对机械应变和温度变化的响应能力有限，且在极端温度下性能急剧衰退，这严重限制了其在复杂环境下的实际应用。

  近日，上海工程技术大学宋仕强副教授、江南大学马丕明教授与南方医科大学侯鸿浩教授合作，通过分子设计与微相分离工程，成功研制出一种具有应变诱导离子通道排列与温度激活离子门控释放双机制协同的全固态离子弹性体，实现了在极端拉伸与宽温域条件下的超高电导率增强。

  2025年11月27日，该成果已发表于国际顶级期刊 Advanced Materials，题为“Ultra-High Conductivity Enhancement of Robust All-Solid-State Ion Elastomers via Strain-Induced Ion Channel Alignment and Temperature-Activated Ion-Gated Release”。 上海工程技术大学宋仕强副教授、江南大学马丕明教授与南方医科大学侯鸿浩教授为通讯作者，上海工程技术大学杨旭与杨浩文为共同第一作者，参与者还包括上海工程技术大学李唯真教授和上海交通大学张勇教授。

  研究团队创新性地采用了“溶胀-交换-原位聚合”的制备策略（图1）。他们将聚丙烯酰胺（PAM）与双三氟甲基磺酰亚胺锂盐（LiTFSI）引入到马来酸酐接枝的SEBS弹性体（SEBS-MAH）网络中，构建了一个独特的多相复合结构。SEBS软段（PEB）：作为“离子高速公路”，通过锂键（C=O...Li?）实现离子的快速传输；SEBS硬段（PS）：作为“离子仓库”，通过阳离子-π效应暂存锂离子，并在高温下释放；PAM相：作为“增强骨架”，与SEBS-MAH形成氢键，极大地提升了材料的力学强度并诱导应变下的微观结构取向。这种多相结构通过氢键、锂键和阳离子-π效应等多种动态非共价作用力交联，使材料在具备卓越力学性能的同时，也拥有了智能响应能力。

图1. SEBS/PAM/Li 弹性体的结构设计、制备流程及其在应变与温度双重刺激下的电导增强机制示意图

  该离子弹性体展现出令人惊叹的综合性能（图2）：拉伸强度高达46.4 MPa，断裂伸长率可达1066%，韧性达207.8 MJ m^-3。一根仅1.3克重的材料可轻松提起一位75公斤的成年人，负载比高达58000倍。同时，它还具备优异的抗穿刺、抗撕裂性能和可回收性。

图2. SEBS/PAM/Li 弹性体的力学、离子导电率以及可回性

  更引人注目的是其电学性能。当材料被拉伸时，其内部的PAM与SEBS会发生宏观相分离结构，形成“褶皱”结构，提高了锂离子的局部浓度；而SEBS微相分离结构会发生取向排列，形成更为规整的离子传输通道，显著降低了离子迁移的曲折度。结果，在1066%的极限应变下，其电导率相较于初始状态提升了1300倍，成功克服了传统导体因几何尺寸变化（遵循Pouillet定律）而导致的电阻急剧增加问题（图3）。

图3. 材料在不同应变下的电导率变化、力学性能对比及循环稳定性测试

  更为独特的是其温度响应行为（图4）。当温度超过约53 °C的阈值时，SEBS中的聚苯乙烯硬段链段运动能力增强，如同“打开阀门”，释放出原本被限域的锂离子，导致电导率急剧上升。在120 °C时，电导率提升高达1600倍。该材料在-45 °C至120 °C的超宽温度范围内均能保持高电导率（>10^-3 S m^-1），彻底突破了传统水凝胶和离子凝胶的温度使用极限。

图4. 材料在不同温度下的电导率变化、性能对比及输出信号测试

  通过原位小角X射线散射、原子力显微镜、扫描电镜等多尺度表征技术结合分子动力学模拟，研究团队清晰地揭示了性能背后的机理（图5）。应变下，SAXS图谱由各向同性变为各向异性，证实了微相区的定向排列；SEM图像则观察到了由PAM与SEBS模量不匹配引发的表面屈曲褶皱，进一步促进了离子通道的整合与离子局域富集。这些微观结构的演变，共同为离子的高速传输铺平了道路。

图5. 应变过程中微观结构演变与离子分布变化的SEM与AFM图像以及分子模拟

  基于其独特的应变-温度双响应、高机械韧性和宽温域稳定性，该离子弹性体是构建下一代智能柔性传感器的理想材料。研究表明，其在20000次拉伸循环后信号依然稳定。在不同温度与应变条件下，传感器输出信号具有高度可区分性，未来可用于复杂手势识别、人体运动状态监测、乃至在高温或严寒环境下的工业设备实时健康诊断等领域，实现真正意义上的“全天候、全工况”智能感知。

  该工作首次将微相分离结构设计、动态非共价键交联与应变-温度双刺激响应电导增强机制完美融合，为解决离子导体在力学强度、电导率与环境适应性之间的平衡难题提供了一个全新的、通用的材料设计平台。这项技术不仅极大地推动了高性能离子电子器件在极端环境下的实用化进程，也为未来柔性电子、软体机器人和自适应传感系统的发展开辟了新的道路。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202512358