柔性离子皮肤，软体机器人的“触觉神经”。它能像人体皮肤一样感知形变、温度和触觉，但有两个“死穴”一直没解决——一是反复拉伸容易疲劳断裂，二是环境变化（高温、低温、真空、水中、有机溶剂）会导致信号漂移。传统解决方案要么加一层封装层，但界面处容易分层失效；要么提高材料本征疲劳阈值，但往往牺牲柔软性。

东华大学武培怡教授、孙胜童研究员团队提出了一种“自封装”策略——通过机械互锁三层结构，将高模量离子凝胶纳米纤维网嵌入软粘性PDMS基质中，再用全氟弹性体封顶，三层之间没有传统封装中那种“硬边界”，而是通过拓扑互锁实现一体化。

成果于2026年8月11日发表于《自然-通讯》。

该离子皮肤疲劳阈值高达12.4 kJ/m²，远超多数现有离子导体，同时在-35°C到200°C、真空、水下/盐水、有机溶剂等苛刻环境中稳定工作，电阻信号几乎不受干扰。透明>93%，雾度>86%，应变硬化59倍，接近人体皮肤。

三层互锁，软硬一体

传统“后封装”是在做好的离子皮肤外面再贴一层保护膜，界面处存在力学不匹配，反复拉伸会导致微滑移和分层。团队的做法是：先用静电纺丝做出PU/离子液体纳米纤维网（高模量导电层），然后将其部分嵌入PDMS基质（软粘层），再用全氟弹性体溶液涂覆顶层（化学惰性密封层）。关键在于PDMS在部分固化状态下渗透进纤维网，固化后形成拓扑互锁；全氟弹性体同样渗透进纤维网表面，形成物理锚定。三层之间没有清晰边界，力学载荷得以连续传递，剪切局域化被消除。

Figure 1（设计与制备）

疲劳阈值12.4 kJ/m²，接近生物组织

• 有缺口时断裂应变仅从408%降至360%（纯PDMS从458%降至240%）
• 断裂能71.6 kJ/m²，比纯PDMS高约700倍
• 疲劳阈值12.4 kJ/m²，位居已报道离子导体前列
• 有缺口样品在200%应变下循环50,000次后仍保持88%强度；300%应变下50,000次后仍保持58%
• 裂纹在循环加载中沿拉伸方向分叉，类似纤维软组织的撕裂机制
• 应变硬化：从0.9 MPa（0%应变）升至53.8 MPa（408%应变），增加约59倍，接近人体皮肤的J型应力-应变曲线

Figure 2

环境耐受：-35°C到200°C，真空水下皆可

离子液体EMI TFSI不挥发、不冻结，全氟弹性体顶层化学惰性，自封装结构阻止环境物质交换。TGA分解温度~225°C，Tg为-45°C。在湿度变化（0-90% RH）、0.1 M盐水、10 Pa真空、-35°C到200°C极端温度下连续暴露13天，质量、电阻、力学性能几乎不变。有机溶剂（丙酮、乙醇、THF、DMF）接触后，有封装层保护的样品电阻变化仅~0.5%，而无封装层保护样品变化>27%。

Figure 4（自粘附与环境耐受）

传感应用：应变、温度双模态，自供电可选

• 应变传感GF=1.63，响应时间162-184 ms，3000次循环信号稳定
• 温度传感灵敏度-4.9%/°C，可在-35°C到200°C间循环感知
• 电容-电阻双模态解耦（电容仅对形变敏感，电阻对形变和温度都敏感）
• 可选单电极摩擦纳米发电机模式实现自供电传感，粗糙的纳米纤维表面使输出电压比平滑表面高~39%，稳定超3个月

Figure 5（多模态传感）

论文信息：Self-encapsulated nanofibrous ionic skin with superhigh fatigue resistance and broad environmental tolerance，Nature Communications，2026，

DOI: 10.1038/s41467-026-76629-7

总结：

三层机械互锁结构（PDMS基质+PU离子凝胶纳米纤维网+全氟弹性体顶覆层）→消除界面分层→疲劳阈值12.4 kJ/m²→应变硬化59倍→-35°C至200°C/真空/水下/有机溶剂中稳定传感→应变/温度双模态+自供电可选。