突破极地极端环境桎梏 兰州化物所超敏材料为柔性传感设备赋能

近日，中国科学院兰州化学物理研究所（以下简称“兰州化物所”）聚合物自润滑复合材料课题组在极端环境适配型功能材料领域取得重大突破，成功研发出兼具超敏感多参数监测功能与极地极端环境耐受性的形状记忆聚氨酯材料。为柔性电子传感设备在极地科考、深空探测等特种场景的应用提供了核心材料解决方案，有望颠覆极端环境下穿戴式仪器设备的现有技术格局。

极端环境制约 双交联破解性能平衡难题

作为仪器设备领域的核心基础支撑，功能材料的性能边界直接决定了特种仪器的应用范围。在极地、深空等极端环境中，传统柔性电子材料常面临低温脆化、传感灵敏度衰减、力学性能失效等痛点，严重制约了穿戴式监测仪器的稳定运行。此次兰州化物所研发的新型材料，精准瞄准这一行业核心瓶颈，通过创新分子工程策略实现了技术突破。

据了解，聚氨酯材料因优异的力学特性被誉为“第五大塑料”，但长期存在功能性单一、高力学性能与多功能性难以平衡的行业难题。针对这一痛点，兰州化物所团队创新性提出“物理-化学双交联”策略，通过引入四重氢键与交织网络结构，构建起能量耗散与分子稳定的协同机制。

从仪器材料适配性角度来看，这一设计的核心优势在于，既保障了材料的高强度、高韧性，又保留了优异的弹性与动态特性，成功集成形状记忆、自修复及可回收等多元功能，打破了传统认知中“高强度必牺牲弹性”的材料设计范式，为穿戴式仪器设备对材料“轻量、柔性、耐用”的核心需求提供了适配可能。

精准适配，极端低温下保持超敏传感性能

为精准匹配极地低温、强辐射的极端环境要求，团队进一步优化材料配方，引入含氟扩链剂与多氢键单元，构建起氟-阳离子相互作用与高密度氢键协同的动态网络。氟元素的高电负性不仅通过离子键强化了网络稳定性，更通过偶极相互作用固定阳离子，形成高效阴离子传输通道——这一关键设计直接解决了低温环境下离子电导率衰减的行业痛点。实验数据显示，该材料在-40℃低温环境下，仍能保持高离子电导率和超敏感传感性能，完全满足极地环境下穿戴式监测仪器的性能要求。

兼具健康监测潜力与仪器集成价值

在实际应用验证中，该材料展现出极强的仪器集成潜力。其可精准监测关节弯曲、呼吸模式等人体生理信号，尤为关键的是，以该材料为核心的心电图监测电极，采集的信号质量完全符合临床标准。这意味着，基于该材料的穿戴式仪器，既能满足极地科考队员、深空探测人员的健康状态实时监测需求，也可拓展至特种作业人员的防护监测领域，解决了极端环境下“人-机-环境”协同监测的核心难题。

连续热循环测试进一步验证了材料的可靠性。在-40℃极端低温条件下，该材料的强度、韧性、可拉伸性及离子电导率均保持稳定，且具备优异的可重复性，为其后续规模化应用于仪器设备制造奠定了基础。这一成果不仅填补了极端环境柔性电子材料的技术空白，更从材料层面为下一代智能穿戴仪器设备的研发提供了核心支撑，助力我国在极地科考、深空探测等领域的仪器设备国产化升级。

此次兰州化物所的材料突破，不仅为穿戴式传感设备开辟了新的应用场景，更将推动功能材料与仪器设备的深度融合创新。未来，随着该材料的产业化推进，有望进一步提升我国在极端环境专用仪器设备领域的核心竞争力，为特种领域的科考、探测工作提供更可靠的技术保障。