近年来，柔性电子、智能可穿戴设备和软体机器人等领域的快速发展，对柔性导电材料的稳定性提出了更高要求。与传统电子导体相比，离子导体具有良好的柔韧性、生物相容性和安全性，在柔性离子电子器件中展现出广阔应用前景。然而，材料在拉伸过程中不可避免地发生几何尺寸变化，导致离子迁移路径延长、电阻持续增加，进而引发信号衰减和器件性能失稳。因此，如何实现全应变范围内稳定的离子传输，是柔性离子导体领域亟待突破的关键科学问题。
针对这一挑战，上海工程技术大学宋仕强团队提出了一种正交动态相互作用（Orthogonal Dynamic Interactions）设计策略，通过构筑氢键软相与锂离子配位导电相组成的双连续微相结构，实现了机械变形与离子传输的有效解耦。所得离子导电弹性纤维不仅兼具834%的高拉伸率、8.1 MJ m-3的高韧性和自主自修复能力，更重要的是实现了0-834%全应变范围内近乎恒定的导电性能，并揭示了导电微相取向降低离子传输迂曲度、补偿几何电阻变化的机制，为高性能柔性离子电子材料设计提供了新的思路。
2026年7月27日，相关研究以Full‐Range Strain‐Insensitive Ionic Conduction Enabled by Orthogonal Dynamic‐Bond‐Mediated Microphase Decoupling in Elastomer Fibers为题发表在Advanced Functional Materials 上。上海工程技术大学高分子系2023级研究生刘怡麟和王景明为论文第一作者。上海工程技术大学高分子系宋仕强副教授为通讯作者，江南大学马丕明教授与南方医科大学侯鸿浩教授为共同通讯作者，合作者还包括上海工程技术大学李唯真教授和江振林副教授。该研究得到国家自然科学基金和上海市自然科学基金面上项目的资助支持。
图1.正交动态相互作用设计策略及全应变范围稳定导电材料构筑示意图
柔性离子导体在拉伸过程中通常会面临一个根本矛盾：材料需要发生大幅形变以满足柔性器件需求，而离子传输又依赖连续稳定的导电网络。传统离子导体中，力学承载网络与离子传输网络高度耦合，随着材料不断拉伸，导电相同步发生变形，离子迁移路径逐渐拉长、传输迂曲度增加，最终导致电阻持续升高。因此，如何兼顾优异力学性能与稳定离子传输，一直是柔性离子电子领域的重要挑战。针对这一问题，研究团队提出了正交动态相互作用（Orthogonal Dynamic Interactions）设计策略，通过氢键作用构筑柔性耗能网络，利用Li+-醚氧动态配位构建连续导电网络，在材料内部形成双连续微相结构，使力学变形与离子传输分别由不同功能相承担，从结构层面实现二者的有效解耦，为全应变范围稳定导电提供了全新的设计思路。
图2. 微相结构演化及全应变范围稳定离子传输机制
稳定导电的关键并非简单提高离子电导率，而是在材料发生大变形时保持离子传输通道的连续性。为揭示其内在机制，研究团队结合二维小角X射线散射（2D SAXS）、拉曼成像、固态Li-NMR、分子动力学模拟及理论计算，对拉伸过程中微观结构演化进行了系统分析。结果发现，随着应变增加，富含Li?的导电微相逐渐沿拉伸方向发生有序取向，原本弯曲、复杂的离子迁移路径不断被拉直，显著降低了离子传输迂曲度；与此同时，Li+局部配位环境基本保持稳定，离子跳跃能垒几乎没有变化。导电通道取向带来的迁移效率提升，能够有效补偿材料几何尺寸变化引起的电阻增加，从而实现了“结构变化而导电不变”的全应变范围稳定导电。这一发现揭示了柔性离子导体应变不敏感导电的微观机制，为高性能离子电子材料设计提供了理论依据。
图3. ICEF在复杂形变条件下保持稳定电学传输性能
研究团队进一步评估了ICEF在复杂形变条件下的信号传输能力。测试结果表明，在拉伸、弯曲、扭转及打结等多种变形过程中，ICEF始终保持极低的电阻波动，可实现交流信号的稳定传输。与传统离子导体相比，其输出波形几乎不发生畸变，LED亮度在持续拉伸过程中保持基本恒定，表现出优异的电学稳定性。进一步研究发现，即使经过多次循环加载与卸载，材料仍具有快速响应和良好的恢复能力，证明其导电网络能够随形变动态重构并保持连续性。这些结果充分说明，所提出的正交动态相互作用不仅提升了材料本身的导电稳定性，更保证了复杂形变条件下柔性器件信号传输的可靠性，为柔性互连、电极及可穿戴电子器件提供了高稳定性的导电材料方案。
图4. 基于ICEF的柔性TENG器件及其自供能智能应用
为了进一步验证材料的应用潜力，研究团队将ICEF编织成柔性导电织物，并作为电极应用于单电极摩擦纳米发电机（TENG）。得益于全应变范围稳定导电特性，器件在不同拉伸状态及连续循环过程中均能够稳定收集和传输摩擦电荷，输出电压几乎没有衰减，表现出优异的工作稳定性和耐久性。此外，利用不同材料接触产生的特征摩擦电响应，器件还能够准确识别人体皮肤、木材、玻璃、橡胶及金属等多种材料，实现无需外部电源驱动的自供能材料识别功能。这表明，该工作不仅突破了柔性离子导体稳定导电的科学难题，也为自供能传感、人机交互、智能可穿戴电子及软体机器人等领域提供了一种兼具高可靠性与多功能性的柔性导电平台，展现出良好的应用前景。
原文链接：http://doi.org/10.1002/adfm.77354
