定向预拉伸纤维素导电水凝胶

−80 °C冻后力学无损

受面条拉伸启发，通过定向预拉伸和溶剂交换构建有序纤维束，同时实现超高强度、韧性和导电性。

Xiaokai, Jing · 张素风 · Zhang, Fengjiao · 迟聪聪 · Shuyuan, Cui · Hao, Ding · Jinrui, Li

Carbohydrate Polymers 2024

具体参数

断裂应力

{'zh': '>50', 'en': '>50'} MPa

断裂应变

{'zh': '~105', 'en': '~105'} %

断裂韧性

{'zh': '>30', 'en': '>30'} MJ m⁻³

电导率

{'zh': '11.738', 'en': '11.738'} mS m⁻¹

技术优势

强度远超现有天然高分子水凝胶

定向排列的纤维束内密集的分子间氢键和金属配位键协同耗能，使断裂应力突破50 MPa，接近合成橡胶水平。

−80 °C冻不坏

在 −80 °C极端低温下存放7天后，水凝胶仍能保持高力学性能，解决了传统水凝胶低温脆化的问题。

韧性超过天然肌腱

断裂韧性超过30 MJ m⁻³，且断裂应变接近105%，兼备高延展性和高抗撕裂能力。

应用场景

• 机器人软组织：替代人工肌腱，承受高载荷并耐受极端温度。
• 软体机器人：用作软体驱动器的高强导电基体。
• 柔性器件：制成可拉伸导线，反复变形不断裂。
• 外骨骼：作为力传感器的基础材料，承受高反复应力。
• 电子皮肤：在极寒环境下保持柔性和电信号传输。