生物体内，机械感受系统通过机械敏感离子选择性蛋白通道，可将外界机械刺激转化为具有兴奋或抑制特征的电生理信号，这一生物力电转导机制启发了离子电子学的发展。离子压电材料依靠压力梯度下阴、阳离子迁移率差异产生的净电荷分离（即流动电势）实现力电耦合，是界面集成传感的理想材料体系。然而，现有基于离子压电水凝胶普遍面临力学性能不足的问题，且在持续或高载荷作用下易出现压电电压饱和或衰减迅速的现象，其根源在于力学性能与离电活性之间的内在权衡关系：软基质利于形成高压力梯度促进离子迁移，却难以维持结构稳定性；强韧网络虽能承受机械载荷，但弱压力梯度往往抑制离子高效传输。这种权衡成为制约离子压电效应作为智能响应界面软材料在超高承载和摩擦传感等应用的关键挑战。

中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室摩擦物理与传感课题组，通过优化离电凝胶力学性能与离电性能的无缝兼容性，利用“分子−结构正交设计”策略，首次在力学强韧的凝胶中实现了连续、稳定的离子压电效应。

图1. 离子压电机制：层级结构取向协同电荷补偿动力学。

课题组通过机械训练构建层级互穿的纳米纤维网络结构，不仅实现了多尺度能量耗散机制强韧化了力学属性，而且为压力驱动的离子流提供了定向迁移通道，降低了离子压电水凝胶中未受约束的离子迁移必须克服三维网络的空间阻力。分子尺度上，在离子压电凝胶网络中引入PEDOT：PSS作为Na⁺和Cl^–的电荷补偿受体，产生离子−电子的电荷补偿反应，实现非对称阴、阳离子传输动力学。如图1所示，在施加压力下，Cl^–作为PEDOT骨架上空穴的主要电荷补偿载体可以有效延伸电子传输链以加速Na⁺迁移，从而放大了Na⁺与Cl^–之间的迁移率差，产生敏感的离电响应电压；而当压力释放时，PSS链上–SO₃^–基的Na⁺键合位点被激活，可有效阻碍Na⁺逆向迁移，增强离子失活动力学，产生可持续的离电效应。

离子压电凝胶的结构优势与分子机制协同耦合了力学、电学和离电性能之间的兼容，其杨氏模量为21.72 ± 1.50 MPa，断裂强度为23.53 ± 0.78 MPa，断裂功可达42.39 ± 1.60 MJ m^–3；其电导率为0.164 ± 0.0276 S cm^–1；离子压电凝胶在3.0 MPa压力刺激下可产生高达40 mV的峰值离电响应电压，且响应时间可持续约200秒（图2）。这种分子−结构正交设计策略，破解了柔性离子压电材料长期面临力学性能与离电性能难以协同优化的核心瓶颈，为开发新一代智能响应界面与摩擦传感材料提供了全新的设计思路与调控机制。

图2. 离子压电凝胶的离电性能和力−电综合性能的对比。

该研究工作以“Continuous piezolonicity-driven electromechanical coupling in mechanically robust conductive eutectogels”为题发表在Nature Communications上（https://doi.org/10.1038/s41467-025-67193-7）。兰州化物所许成功博士和西北工业大学联培博士生王文鹏为该论文共同第一作者，兰州化物所刘维民院士、王道爱研究员、冯雁歌副研究员和湖北大学郭志光教授为共同通讯作者。

以上研究得到了甘肃省重大科技专项、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院重点研究计划等项目的支持。