中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队致力于功能与智能高分子水凝胶的研究。近日,该团队研究员陈涛等与宁波大学副教授王文钦合作,基于Hofmeister效应,利用溶剂置换的方法制备了高强度抗撕裂导电水凝胶(BRCH)和以此构建的新型摩擦纳米发电机(BRCH-TENG),有效增强了水凝胶的抗外力破坏能力,从根本上延长了H-TENG的安全使用寿命。该工作通过溶剂置换将有机凝胶中的二甲亚砜溶剂置换为电解质溶液,制备得到了高力学强度抗撕裂导电水凝胶。在溶剂置换过程中,随着电解质溶液的加入,淀粉高分子网络在Hofmeister效应下发生缠绕,形成物理交联的空间网络,使水凝胶的力学性能得到增强。另一方面,通过引入电解质溶液,大量自由离子进入水凝胶网络中,显著提高了BRCH的导电性。BRCH具有优异的力学性能,其最大压缩应力达到5.6 MPa,断裂能达到7.45 kJ/m2,抗穿刺应力达到15 MPa,显著高于传统水凝胶电极。利用该水凝胶构建的BRCH-TENG具有极佳的力学可靠性,在遭受锤击等外力冲击后依然能够稳定地输出能量,实现了BRCH-TENG在高冲击环境下的稳定工作,为改善H-TENG的环境适应性、从根本上延长其物理使用寿命提供了可行的新思路和新方法。同时,该BRCH-TENG在步幅识别、隐秘通讯等领域都展现了良好的应用前景。该工作以Breakage-resistant Hydrogel Electrode Enables Ultrahigh Mechanical Reliability for Triboelectric Nanogenerators为题发表在Chemical Engineering Journal上。