華極地可穿戴設備材料獲突破

中國科學院蘭州化學物理研究所早前發佈消息稱，該校研究團隊在聚氨酯材料領域取得突破，成功開發出一種兼具超敏感多參數監測功能與極端環境適應性的形狀記憶聚氨酯材料。該研究通過分子工程策略構建動態網絡結構，突破了傳統聚氨酯材料力學性能與功能特性難以兼顧的瓶頸，為柔性電子設備在極地等極端環境中的應用提供了創新解決方案。

聚氨酯材料雖被譽為“第五大塑膠”，但其功能性單一、高力學性能與多功能性難以平衡的問題長期制約其應用。研究團隊針對這一難題，創新性地提出“物理——化學雙交聯”策略，通過引入四重氫鍵與交織網絡結構，在材料內部構建了能量耗散與分子穩定的協同機制。研究人員表示，具體而言，四重氫鍵能有效耗散能量，交織網絡結構則在外力作用時穩定分子網絡。這種設計使材料在保持高強度的同時，仍具備優異的彈性和動態特性，實現了形狀記憶、自修復及可回收等功能的集成，顛覆了傳統認知中“高強度必犧牲彈性”的材料設計範式，為高性能聚合物的開發提供了新思路。

針對極地低溫、強輻射等極端環境，研究團隊進一步引入含氟擴鏈劑與多氫鍵單元，構建了氟陽離子相互作用與高密度氫鍵協同的動態網絡。氟元素的高電負性不僅通過離子鍵增強網絡穩定性，更通過偶極相互作用固定陽離子，形成陰離子傳輸通道。研究人員指出，這一設計使材料在零下四十攝氏度低溫下仍保持高離子電導率和超敏感傳感性能。實驗驗證，該材料可精準監測關節彎曲、呼吸模式等生理信號，其作為心電圖監測電極採集的信號質量符合臨床標準，展現了作為“離子皮膚”在健康監測領域的巨大潛力。

研究人員表示，在連續熱循環測試中，材料表現出優異的穩定性與可重複性。在零下四十攝氏度時，材料仍能保持較高的強度、韌性、可拉伸性和離子電導率，彰顯了其在深冷環境下的可靠應用前景。這一成果不僅解決了極地科考、深空探測等領域對柔性電子設備的迫切需求，更為下一代智能穿戴設備的開發提供了材料基礎。未來，智能穿戴設備將朝着“生態樞紐”的方向發展，與手機、汽車、智能家居實現深度聯動，打通健康、出行、辦公、娛樂等多元場景。

美 子