碳纤维超弹性水凝胶

微波自愈且可视

通过碳纤维动态自适应重排，该水凝胶在保持超弹性的同时大幅提升强度和韧性，并利用微波实现非接触快速自愈，愈合完成时可原位发光指示。

Song, Liu · Shanshan, Liu · 宋卫东 · 肖李军 · Meng, Yuquan · 李永存

Chemical Engineering Journal 2026

具体参数

拉伸强度提升

{'zh': '300', 'en': '300'} %

韧性提升

{'zh': '500', 'en': '500'} %

冲击力吸收提升

{'zh': '45', 'en': '45'} %

愈合效率

{'zh': '~100', 'en': '~100'} %

技术优势

强度韧性同步跃升

短碳纤维在水凝胶受力时动态自适应重排，将拉伸强度提升约300%、韧性提升约500%，同时保持超弹性和大变形后的结构恢复能力。

微波非接触快修

利用碳纤维与微波的极化耦合效应，对损伤区域实现智能、靶向、快速的愈合，多次损伤-愈合循环后效率仍接近100%，有效延长材料寿命。

愈合完成自动提示

裂纹愈合一完成，局部超临界电场触发火花放电，作为原位光学指示，精确终止愈合过程，避免过度愈合。

高碳纤维分散均匀

采用“水分散-凝胶复合”两步策略，将高含量短碳纤维均匀掺入PVA网络，克服了高负载下分散困难的瓶颈。

应用场景

• 柔性电子：用作可自愈的柔性电路基底，损伤后可微波修复并自动停止，降低更换成本。
• 软体机器人：用作软体机器人结构层，兼具高强度、抗冲击和损伤后快速自愈能力，延长使用寿命。
• 可穿戴设备：作为可穿戴设备的耐用部件，日常拉伸、冲击后保持性能，轻微损伤可微波修复。
• 电子皮肤：用作电子皮肤基材，高柔性、耐损伤且可自愈，火花指示提供愈合状态视觉反馈。
• 智能水凝胶：通过碳纤维赋予水凝胶力学增强、微波响应和自愈指示等多重智能功能。