柔性离子导体，如离子凝胶和水凝胶，由于其可拉伸性和良好的电学性能，在智能机器人和可穿戴设备中具有广泛的应用。然而，由于能量耗散区域较小，目前的凝胶材料仍然存在低断裂韧性（< 10 kJ m-2）、低强度（< 1 MPa）和低模量（< 0.1 MPa）等问题，难以承受高载荷和抵抗裂纹扩展，导致其可靠性和耐久性下降。
近日，福州大学邹志刚院士团队吕晓林副教授在《Nature Communications》上发表文章《Tough fiber-reinforced composite ionogels with crack resistance surpassing metals》，报道了一种界面互锁策略，通过在离子凝胶中引入高性能纤维，利用超分子网络使两者实现紧密结合，来制备纤维增强复合离子凝胶（FRCI）（图1）。由于紧密的界面互锁，FRCI在变形时可以通过离子凝胶的剪切变形有效分散应力，从而形成较大的能量耗散区域。同时，通过离子凝胶内部超分子网络的解离和纤维的断裂可以耗散大量能量以抵抗裂纹扩展，从而使FRCI具有高韧性、高强度、高弹性模量和低弯曲模量。而且，FRCI的韧性和抗裂性甚至可以超过金属和合金。结合其良好的导电性，在智能仿生韧带、智能防护装备中具有应用潜力。
图1. FRCI的结构示意图和抗裂能力图片展示
如图2和3所示，纤维和离子凝胶之间的紧密结合使其在变形时可以实现应力分散，而不会发生脱附。因此，相比于离子凝胶和纤维织物，FRCI在保持低弯曲模量的同时，具有显著增强的力学性能。同时，通过裤型撕裂测试发现，FRCI的撕裂韧性远远超过离子凝胶和纤维织物，甚至超过两者的乘积。而且，相比于常规凝胶材料，FRCI具有显著增大的能量耗散区域。
图2. FRCI的增韧机理
图3. FRCI的力学性能
结合其良好的电导率，FRCI可以作为智能仿生韧带，在有效固定人工骨的同时实现信号的实时监测（图4）。
图4. FRCI的电学性能
此外，通过界面互锁策略，利用纤维实现离子凝胶增韧的策略具有普适性（图5）。因此，通过对离子凝胶所使用的单体结构、离子液体类型以及纤维的种类、编织方式进行调控，可以得到不同的高强韧复合离子凝胶。
图5. FRCI的普适性
福州大学吕晓林副教授为本论文的第一作者和通讯作者，共同通讯作者包括南京大学邹志刚院士和福建协和周飘飘。该工作还得到了北京大学沈志豪教授的指导和帮助，以及国家自然科学基金项目、福建省光电信息科技创新实验室、福建省自然科学基金项目、国家重点研发计划等基金项目的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59396-9
