离子导电水凝胶因其透明，宽高比大，可织性好，机械柔韧性好等优点在柔性电子技术方面有广泛的应用前景。然而离子导电纤维有着加工工艺复杂，稳定性差等缺点，限制了实用性。
中国科学院大学的Dan Luo和Zhou Li课题组提出了应力诱导自适应相变的策略来制造自封装水凝胶基离子导电纤维(se-HICFs）。通过直接拉伸具有超可拉伸网络的离子水凝胶（us-IHs）或从熔融us-IHs的拉伸生产se-HICFs。应力促进us-IHs中水分子的定向迁移和蒸发，导致离子纤维表层发生相变，实现自封装。
图1：超可拉伸离子水凝胶(us-IHs)和自封装水凝胶基离子导电纤维(se-HICFs)的设计原理。(a)us-IHs设计原理和拉伸性示意图。(b)基于应力诱导自适应相变策略的se-HICFs制备工艺示意图。
图2：应力诱导拉伸/将us-IHs浸入到离子纤维中。(a)多级拉伸示意图。(b)加载速率为30mm/min时us-IHs的力-应变曲线。(c)离子水凝胶纤维浸拔纺丝示意图。(d)us-IHs温度依赖性的振荡流变特性。(e)水凝胶熔体在不同温度下的损耗因子与频率的函数关系。(f)离子水凝胶纤维用不同的针浸渍纺丝过程中的照片。(g)针径的影响。(h)(i)熔融的us-IHs温度和拉伸速度。(j)浸渍纺丝后离子水凝胶纤维的照片。(k)离子水凝胶纤维的拉伸性。(l)离子水凝胶纤维中串珠子结构的照片。
图3：se-HICFs应力诱导自适应相变过程及力学性能。(a)制备se-HICFs的应力诱导自适应相变机理。(b)纤维渗水过程的光学图像。(c)se-HICF截面的SEM图像，显示鞘核结构。(d)光学图像显示se-HICF比人的头发更细。(e)se-HICF的Cl和O元素映象。(f)将se-HICF缠绕在线轴上。(g)直径为70 μm的se-HICFs可以提起20 g的重量。(h)35天内的se-HICF含水率的变化。(i)60天内的韧性、公称抗拉强度和杨氏模量。(j)se-HICFs与先前报道的功能性纤维在拉伸强度和应变方面的比较。
图4：离子蜘蛛网(ISW)的制备。(a)ISW的制备过程示意图。(b)用se-HICF制造直径1.7 m、长度约8 m的巨型ISW。(c)ISW在草地、落叶、砾石和橡胶跑道上伪装。(d)高速数码摄像机记录了ISW能够抵抗高速球的冲击。(e)蝴蝶、甲虫和瓢虫在ISW降落的照片。(f)(g)蝴蝶、甲虫、瓢虫降落、飞离ISW的电信号和感应电压。(h)蝴蝶扇动翅膀在ISW上和绕ISW飞行时的感应电压。(i)蝴蝶在不同飞行高度时的感应电压。
图5：用于伪装监视系统的se- HICFs。(a)ISW在伪装监视中的应用原理图。(b)无人机在不同飞行模式下通过ISW的照片。(c)无人机通过ISW时产生的电信号。(d)人们以不同的动作穿过ISW的照片。(e)人体通过ISW时产生的电信号。
作者提出了一种应力诱导自适应相变策略，制备了自封装离子水凝胶纤维。以具有长/短聚合物互补性和动态物理交联网络的us-IHs为前驱体材料，可以通过直接拉伸或浸拔成型大规模制备se-HICFs。se-HICFs通过相变形成独特的鞘芯结构，使其具有高稳定性、优异的机械强度和类似于单电极摩擦纳米发电机的超强静电感应能力。为制备稳定的功能化离子纤维开辟了一条便捷的途径。
【参考文献】
https://www.nature.com/articles/s41467-024-44848-5
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