研究背景

柔性电子器件需长期稳定采集生理信号，但生物组织以离子传导为主，传统电极以电子传导为主，二者信号机制不匹配。此外，传统导电复合材料中，刚性导电填料与柔性基体之间容易出现界面脱层、裂纹扩展和导电网络破坏，导致信号漂移甚至器件失效。因此，如何同时实现低界面阻抗、高力学适配性、耐应变稳定性和损伤后自修复，是柔性生物电子领域的重要挑战。

研究方法

2026年6月，期刊Advanced Functional Materials报道先丰客户提出了一种基于多尺度动态作用、共价整合和离子-电子混合传导的自修复离子电子皮肤（IES）。研究团队首先合成了离子导电聚氨酯（iPU），再将其渗入银片/碳纳米管（AgFs/CNTs）刚性导电网络中，形成兼具机械互锁、能量耗散和多重电荷传输路径的复合导体。

其中，iPU承担柔软基体、离子传导和自修复功能。其分子链中引入了多种动态作用，包括氢键、芳香二硫键和离子键，可在受损后通过动态键重组实现结构恢复。与此同时，可聚合离子液体被共价接入PU网络中，既提供稳定离子传导，又避免传统物理掺杂离子液体易迁移、易泄漏的问题。

AgFs/CNTs导电网络则提供电子传导路径。二维银片具有高导电性和应变响应能力，一维碳纳米管可在拉伸时通过滑移和桥联维持导电连续性。iPU进一步渗入AgFs/CNTs多孔网络，形成半嵌入式机械互锁结构，从而提高导电层和弹性基体之间的界面稳定性。

研究结果

结果显示，优化后的iPU40表现出优异综合力学性能：拉伸强度达14.64MPa，断裂伸长率3862%，韧性231.91 MJ m⁻³。在90°C热处理1 h后，受损iPU40的断裂伸长率恢复至3681%，自修复效率达到95.31%。此外，原始和修复后的iPU在50%应变下经过2000次循环拉伸仍保持较好应力响应，说明该材料不仅能修复损伤，也具备长期循环变形耐受性。

应变传感性能方面，离子电子皮肤实现530.6%超大应变检测，低应变区灵敏系数仅0.36，有效解决应变-灵敏度耦合难题，高应变区提升至9.97。响应时间84ms，恢复时间126ms，50%应变下3000次循环电阻无漂移，修复后同样完成3000次循环。

界面性能方面，iPU电极10Hz和100Hz下界面阻抗分别低至215.90 kΩ和89.64 kΩ，远低于商业Ag/AgCl电极。在心电采集实验中，心电噪声仅27.68 μV（商用电极39.96 μV），修复后33.42 μV仍优于商用电极。肌电信噪比23.11 dB（商用电极18.14 dB），修复后21.41 dB，连续佩戴72小时信号无衰减。大鼠膀胱植入实验中，膀胱体积变化约300%，IES同步记录膀胱内压、电阻变化和逼尿肌肌电，修复后薄膜同样实现可靠体内多模态监测。

使用的先丰产品

文中制备电子皮肤使用的碳纳米管和银纳米片均来自先丰纳米。

文献名称

Multi-Scaled Dynamic Interactions and Covalent Integration Enable Durable and Self-Healing Iontronic Skin for Wearable and Implantable Sensing

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