离子皮肤材料可用作贴皮电子器件实时采集人体生理信号，其佩戴舒适性和信号质量依赖于材料良好的透气性和自顺服性。然而，在同一离子皮肤材料中实现双重功能并不容易。透气性可通过多孔材料设计来实现，但往往难以匹配皮肤动态力学而发生界面粘附失效。提高材料粘性（如调至临界凝胶点状态）可实现良好的自顺服性，但高粘性又会导致孔道结构难以维持，损失透气性。

  东华大学武培怡-孙胜童团队长期致力于智能柔性材料的力学防护研究：基于多尺度竞争网络开发了应变硬化离子皮肤，提升其拉伸耐受性和耐疲劳性（Nat. Commun. 2021, 12, 4082；Nat. Commun. 2022, 13, 4411）；借助熵驱动相互作用研发了热致硬化水凝胶，实现高温稳定性（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204960；Natl. Sci. Rev. 2025, 12, nwaf072; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202518064）；利用粘滞性含氟共聚物开发了抵抗振动破坏的高阻尼离子皮肤（Adv. Mater. 2023, 35, 2209581）；基于高熵罚盐桥氢键合成了冲击硬化超分子聚合物（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 7533）；利用温敏双连续相分离制备了用于摩擦防护的润滑氟凝胶（Adv. Mater. 2024, 36, 2411273）；通过多尺度物理交联开发了在宽频范围内处于凝胶点状态的自顺服离子皮肤（Nat. Commun. 2024, 15, 885）等。

  近期，该团队利用液晶弹性体的独特软弹性解决了离子皮肤透气性和自顺服性之间的性能矛盾。液晶弹性体（LCE）可在化学交联状态下通过液晶畴的自由转动耗散能量，这一过程几乎不产生内应力。因而，液晶弹性体可在保持孔道结构完整性的同时实现良好的自顺服性能。为此，他们利用同轴静电纺丝制备了以液晶弹性体为芯、离子导电水凝胶为鞘的超薄纳米纤维膜（厚度仅8微米）。作为离子皮肤，它即可通过芯层耗散界面应力，又可通过鞘层传输电荷，同时保持稳定的孔道结构以实现透气性。

图1. 超薄透气自顺服离子皮肤的工作原理

  通过调控同轴纺丝的芯层与鞘层流速，该离子皮肤的孔隙率、鞘层厚度及离子电导率广泛可调。此外，他们通过SEM、TEM、偏光显微镜等多种手段验证了芯鞘结构的成功构筑及LCE芯层的液晶特性。

图2. 离子皮肤的结构与性能表征

  静电纺丝形成的多孔结构使得离子皮肤具备优异的透湿性和透气性。水蒸气透过率达1200 g m^-2 day^-1，远高于日常皮肤汗液挥发率（~600 g m^-2 day^-1）。空气透过率达471 L m^-2 s^-1，可媲美常见棉织物。作为展示，干冰产生的“水雾”能顺利穿透材料，而变形后的离子皮肤接触水面后，可快速透水并瞬间恢复原状。

图3. 离子皮肤的透湿性和透气性

  此外，液晶弹性体的软弹性使得离子皮肤具有极为优异的自顺服性，可有效耗散皮肤形变产生的界面应力。离子皮肤对多种基底表现出极好的粘附能力，且在剥离、剪切、接触分离等多种动态破坏模式下保持稳定的粘附能力。作为对比，以热塑性聚氨酯（TPU）为弹性芯层的纳米纤维膜无法维持动态界面的粘附能力。

图4. 离子皮肤的自顺服性能

  凭借这些综合优势，该透气自顺服离子皮肤在电生理监测领域展现出强大应用潜力。与可拉伸银电极复合制成的贴皮电子器件，其界面阻抗显著低于商用凝胶电极，且能完美贴合指纹、褶皱等复杂曲面皮肤。在手部肌肉肌电监测中，该离子皮肤可精准捕捉拇指细微动作的诱发动作电位，不仅信号保真度高，还能有效抑制运动伪影。

图5. 离子皮肤的动态肌电监测应用

  以上成果近期以“Self-compliant ionic nanomesh for gas-permeable and stress-free on-skin electronics”为题，发表于《Nature Communications》（DOI：10.1038/s41467-025-66512-2）上。东华大学化学与化工学院博士研究生杜钦青为文章第一作者，孙胜童研究员和武培怡教授为论文共同通讯作者。刘玲燕副研究员为本工作提供了生物学支持。

  该研究工作得到了国家自然科学基金重点、优青、面上等项目的资助与支持。

  论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66512-2