随着软体机器人和人机交互系统的快速发展，迫切需要能够承受复杂机械变形并保持可靠信号保真度的柔性传感材料。凝胶因其特性已成为下一代可穿戴电子产品的理想平台。然而，要作为动态传感器或人造皮肤可靠运行，这些材料不仅需要静态强度，还需要优异的抗疲劳性以承受长期的循环载荷。传统的增韧策略（如双网络结构和链缠结）主要依赖于共价牺牲键或网络结构的不可逆断裂，在连续循环载荷下这些结构无法自我恢复，导致损伤积累和疲劳阈值较低。空化效应在弹性体中被广泛用于消除局部应力集中，并通过在裂纹尖端引入纳米级孔洞来耗散大量应变能，但由于水性介质中纳米颗粒容易团聚且缺乏有效界面相互作用，在水凝胶中触发纳米空化机制面临着巨大挑战。
近日，鲁东大学材料科学与工程学院徐文龙团队在国际知名期刊《Nano Research》上发表了题为“Nanocavitation reinforcement strategy for fatigue resistant eutectogels and triboelectric smart glove for sign language recognition assisted by deep learning”的研究论文，通讯作者为徐文龙副教授。
该工作提出了一种基于深共晶溶剂（DES）的溶剂化调节策略，首次在凝胶系统中成功“解锁”了纳米空化机制，构建了具有优异抗疲劳性能的空化增强深共晶凝胶。DES不仅实现了纳米颗粒的热力学稳定分散，更重要的是构建了可逆的动态界面键。基于该深共晶凝胶卓越的抗疲劳性和机械稳定性，研究团队进一步开发了一种摩擦电智能手套，并在长短期记忆深度学习算法的辅助下，实现了准确率高达99.9%的实时手语识别。该研究工作获得了国家自然科学基金及山东省高等学校优秀青年创新团队项目的资助。
【图文解析】
图1. (a) 深共晶凝胶拉伸照片；(b) 拉伸过程中SiO2-PAA分子链相互作用机理示意图；(c) SiO2在DES与水中的分散状态实拍图；(d) 不同组分经密度泛函理论优化后的结构及其对应的结合能计算值；(e) 不同SiO2掺杂量深共晶凝胶的SAXS
测试曲线与拟合结果。
图2. (a) 不同SiO2掺杂量深共晶凝胶的拉伸性能；(b) 深共晶凝胶的弹性模量与整体韧性；(c) 低场核磁共振谱图；(d) 随SiO2添加量提升，深共晶凝胶内自由链、悬垂链与交联链的占比变化；(e) 不同SiO2含量深共晶凝胶储能模量G'的角频率扫描流变曲线；(f) 无SiO2、含SiO2两种深共晶凝胶在相同拉伸应变下的分子动力学模拟结果；(g) 有无SiO2体系深共晶凝胶的氢键数量与应力对比；(h) SiO2与PAA之间氢键的径向分布函数。
图3. (a) 纳米空化生成示意图；(b) Q/Q0随λ的变化曲线；(c) 不同SiO2含量深共晶凝胶在固定应变下的耗散能；(d) 采用UCM模型与Gent模型叠加的黏弹性模型拟合得到的共晶凝胶拉伸应力应变曲线；(e) 深共晶凝胶中非共价交联剪切模量Gc与分子链缠结剪切模量Ge随二氧化硅含量的变化规律；(f) 深共晶凝胶4000次循环压缩测试曲线；(g) 采用单边缺口测得的不同
SiO2含量深共晶凝胶断裂能；(h) 含SiO2深共晶凝胶裂纹扩展过程内部应力分布有限元模拟图；(i) 深共晶凝胶抗疲劳作用机理示意图；(j) 不同SiO2含量深共晶凝胶的撕裂韧性；(k) 深共晶凝胶韧性与拉伸功的关联关系。
图4. (a) TENG结构示意图；(b) 摩擦层材料不同间距下TENG电势分布的COMSOL仿真结果；(c) 不同拉伸应变下TENG的Voc；(d) 不同压力下TENG的Voc；(e) TENG的压力传感灵敏度；(f) TENG的响应时间；(g) 不同工作频率下TENG的Voc；(h) TENG的20000次循环稳定性测试。
图5. (a) 智能手套系统工作流程示意图；(b) 26个英文字母手语手势；(c) 手语识别模型整体结构示意图；(d) 多种模型性能对比；(e) 模型准确率与损失函数变化曲线；(f) LSTM模型的混淆矩阵。
【结论】
本研究通过在凝胶网络中建立稳健的纳米空化机制，成功开发了一种具有高抗疲劳性能的深共晶凝胶。这一突破依赖于动态界面相互作用的构建，使得二氧化硅纳米颗粒能够在机械变形下经历可逆的解键过程，主动触发纳米孔洞的形成以耗散大量应变能，从而赋予材料卓越的抗裂性和耐久性。凭借这种深共晶凝胶优异的抗疲劳性和机械稳定性，团队开发了集成LSTM
算法的摩擦电智能手套，实现了高达99.9%的实时手语识别准确率。该研究不仅确立了以纳米空化诱导能量耗散为中心的新型设计理念，也为开发高耐用性软体电子设备和高精度人机交互系统提供了重要的理论基础。
原文链接：
https://doi.org/10.26599/NR.2026.94908909
相关进展
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号
PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
