离子皮肤兼具柔软、可拉伸和离子传导等特征，是软体机器人和人形机器人构建柔性感知界面的重要材料。然而，机器人长期服役往往同时经受持续循环变形和复杂环境扰动，不仅易疲劳失效，高低温、真空、水及化学介质还可改变内部离子传输状态并引起信号漂移。传统惰性弹性体后封装策略虽能起到很好的保护作用，但离子导体与阻隔层之间存在力学失配界面，循环变形下极易发生剪切剥离。因而，如何在有效隔绝外界环境的同时，避免封装界面成为新的疲劳薄弱区，是提升离子皮肤长期可靠性的关键。

  东华大学武培怡-孙胜童团队长期围绕智能软材料的力学防护与环境适应性开展研究，先后发展了应变硬化与抗疲劳离子皮肤（Nat. Commun. 2021, 12, 4082；Nat. Commun. 2022, 13, 4411）、热致硬化水凝胶（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204960；Natl. Sci. Rev. 2025, 12, nwaf072；Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202518064）以及高阻尼、冲击硬化和润滑防护材料（Adv. Mater. 2023, 35, 2209581；J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 7533；Adv. Mater. 2024, 36, 2411273）。近年来，团队进一步围绕复杂界面适应性开发了自顺服离子皮肤（Nat. Commun. 2024, 15, 885；Nat. Commun. 2025, 16, 11510）以及两栖离子皮肤（Adv. Mater. 2026, 38, e73701），持续拓展了离子皮肤的适用范围。

  近期，青岛大学王继强联合东华大学武培怡-孙胜童团队从界面结构设计出发，构筑了一种结构互锁的自封装纳米纤维离子皮肤。该策略以离子凝胶纳米纤维网络为结构骨架，进一步复合粘性基质和全氟橡胶防护层，将柔性黏附、离子传导与环境阻隔功能整合于同一超薄体系中。不同于传统后封装的易剥离界面，自封装离子皮肤通过纤维与基质拓扑锚定，极大缓解了模量失配带来的界面破坏，提升了材料的自身完整性和载荷传递能力。这种跨尺度互锁结构使得离子皮肤兼顾环境与疲劳稳定性。

  2026年8月11日，相关成果以 “Self-encapsulated nanofibrous ionic skin with superhigh fatigue resistance and broad environmental tolerance”为题，发表于《Nature Communications》(DOI：10.1038/s41467-026-76629-7)。青岛大学王继强副教授为文章第一作者，东华大学孙胜童研究员和武培怡教授为论文共同通讯作者。

  研究团队首先通过静电纺丝构筑了离子凝胶纳米纤维网络。离子液体在调节聚合物链段运动的同时，还促使纤维相互焊接形成了可协同变形的连续网络。随后，粘性基质层和全氟橡胶防护层分别从纳米网络两侧受控渗入并形成拓扑互锁，最终得到厚度约63 μm的超薄三层结构。即使在300%应变下循环5万次，层间仍未出现明显脱粘或分层，表明该互锁界面能够经受长期大变形。

图1.自封装纳米纤维离子皮肤的结构设计

  该离子皮肤兼具高透明与高雾度，既有利于观察基底情况，也可通过光学外观反映贴合状态。力学上呈现天然皮肤典型的J形应变硬化响应：小形变时柔软顺服，随拉伸纳米纤维逐渐取向并承担更多载荷，材料刚度持续提升以抵抗拉伸破坏。

图2. 光学特性与类皮肤应变硬化行为

  连续高模量纳米纤维网络显著提升了材料对裂纹的耐受能力。拉伸过程中，纤维取向使裂纹尖端逐渐钝化并分散局部应力，延缓裂纹扩展。材料的疲劳阈值高达12.4 kJ m^-2，在大应变长期循环后仍能保持较高的力学完整性。

图3. 裂纹钝化与超高耐疲劳性能

  柔软粘附底层赋予离子皮肤良好的共形贴附能力，使其能够适应平整、粗糙和持续运动的表面，并在水下保持可靠接触。与此同时，低挥发性离子液体与自封装互锁结构共同限制了内外物质交换，使样品在湿度变化、盐水、真空及高低温连续环境处理后仍基本维持质量、电阻和力学性能稳定，体现出良好的复杂环境耐受性。

图4. 自粘附性能与复杂环境耐受性

  该离子皮肤还可进一步实现复杂环境下的多模态感知。器件可同时响应应变与温度变化，并利用电阻/电容双模态信号区分不同刺激。在真空、水下及高低温环境中，仍能稳定识别动静态运动。环境阻隔层还可有效削弱有机溶剂对离子传导的干扰。此外，该结构能够进一步利用单电极摩擦发电原理实现自供能感知，展现出面向机器人复杂工作环境的功能拓展能力。

图5. 复杂环境多模态感知

  该研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、山东省自然科学基金、山东省高等学校青年创新团队项目和青岛市自然科学基金的资助与支持。

  论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76629-7