柔性離子導體，如離子凝膠和水凝膠，由于其可拉伸性和良好的電學性能，在智能機器人和可穿戴設備中具有廣泛的應用。然而，由于能量耗散區域較小，目前的凝膠材料仍然存在低斷裂韌性（< 10 kJ m-2）、低強度（< 1 MPa）和低模量（< 0.1 MPa）等問題，難以承受高載荷和抵抗裂紋擴展，導致其可靠性和耐久性下降。
近日，福州大學鄒志剛院士團隊呂曉林副教授在《Nature Communications》上發表文章《Tough fiber-reinforced composite ionogels with crack resistance surpassing metals》，報道了一種界面互鎖策略，通過在離子凝膠中引入高性能纖維，利用超分子網絡使兩者實現緊密結合，來制備纖維增強復合離子凝膠（FRCI）（圖1）。由于緊密的界面互鎖，FRCI在變形時可以通過離子凝膠的剪切變形有效分散應力，從而形成較大的能量耗散區域。同時，通過離子凝膠內部超分子網絡的解離和纖維的斷裂可以耗散大量能量以抵抗裂紋擴展，從而使FRCI具有高韌性、高強度、高彈性模量和低彎曲模量。而且，FRCI的韌性和抗裂性甚至可以超過金屬和合金。結合其良好的導電性，在智能仿生韌帶、智能防護裝備中具有應用潛力。
圖1. FRCI的結構示意圖和抗裂能力圖片展示
如圖2和3所示，纖維和離子凝膠之間的緊密結合使其在變形時可以實現應力分散，而不會發生脫附。因此，相比于離子凝膠和纖維織物，FRCI在保持低彎曲模量的同時，具有顯著增強的力學性能。同時，通過褲型撕裂測試發現，FRCI的撕裂韌性遠遠超過離子凝膠和纖維織物，甚至超過兩者的乘積。而且，相比于常規凝膠材料，FRCI具有顯著增大的能量耗散區域。
圖2. FRCI的增韌機理
圖3. FRCI的力學性能
結合其良好的電導率，FRCI可以作為智能仿生韌帶，在有效固定人工骨的同時實現信號的實時監測（圖4）。
圖4. FRCI的電學性能
此外，通過界面互鎖策略，利用纖維實現離子凝膠增韌的策略具有普適性（圖5）。因此，通過對離子凝膠所使用的單體結構、離子液體類型以及纖維的種類、編織方式進行調控，可以得到不同的高強韌復合離子凝膠。
圖5. FRCI的普適性
福州大學呂曉林副教授為本論文的第一作者和通訊作者，共同通訊作者包括南京大學鄒志剛院士和福建協和周飄飄。該工作還得到了北京大學沈志豪教授的指導和幫助，以及國家自然科學基金項目、福建省光電信息科技創新實驗室、福建省自然科學基金項目、國家重點研發計劃等基金項目的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59396-9
