从家居的舒适泡沫、服装纤维，到汽车内饰、建筑保温材料，聚氨酯以其优异的弹性、耐磨性和可塑性，成为工业领域非常重要的“材质基础”。
但在-40℃的低温条件下，传统聚氨酯聚合物通常会变得脆硬易碎。日前，中国科学院兰州化学物理研究所开发出的多功能形状记忆“离子皮肤”，在极端环境中展现出较高的强度、韧性、可拉伸性和离子电导率。
突破性能瓶颈
在传统概念中，一种材料如果非常强韧，往往就很难具备良好的导电性、自修复能力或在极端温度下的稳定性。
如何平衡聚氨酯的高力学性能与多功能性，是材料学家面临的一个难题。对此，科研人员提出了一种巧妙的分子工程策略，试图从根本上解决这一矛盾。
团队通过引入一种特殊的含氟扩链剂和多个氢键单元，构建了一个独特的动态网络结构。
在这个网络中，氟元素的高电负性发挥了关键作用。氟原子就像一个带强负电的“磁铁”：一方面能够与材料中的封端剂形成稳定的离子键，显著增强整个分子网络的稳定性；另一方面，还能通过偶极相互作用“固定”住材料中的阳离子，同时在材料内部构建出高效的阴离子传输通道。
▲材料的分子设计以及极地环境中的应用示意图
这种设计形成了一个协同作用的动态网络：氢键提供了材料的韧性和自修复能力，而氟与阳离子的相互作用则保障了离子在材料中的高效迁移，使其具备了良好的导电性。
低温下的“离子皮肤”
基于这一巧妙的分子设计，团队成功制备出了一种全新的形状记忆聚氨酯材料。这种材料最显著的特点之一是其在极端低温环境下的出色表现。
在-40℃的测试条件下，这款新型聚氨酯仍然保持了较高的强度、韧性和可拉伸性。更令人惊讶的是，随着温度降低，材料的电阻反而增大，这一特性使其在低温环境下的传感应用中具有独特优势。
新型聚氨酯不仅可以作为低温机器人的“人造皮肤”，赋予机器人类似的触觉感知能力，使其在极端环境下执行任务时更加灵活精准，还在健康监测领域展现出了卓越性能。
该材料能精准监测手指、手腕、肘部等关节的细微弯曲动作，甚至可以区分深、浅不同的呼吸模式。这为未来可穿戴医疗设备的发展提供了新的可能性。
该材料的另一大优势是其形状记忆功能。这一特性不仅延长了材料的使用寿命，也拓展了其在柔性机器人、智能纺织品等领域的应用前景。
