动态硬域构建机械强韧、可回收降解的生物弹性体及其在接触/非接触电容传感器中的应用

这篇研究通过动态硬域策略，开发了一种纤维素/蓖麻油衍生的全生物基热固性弹性体（含DA反应和多重氢键），实现了25.6 MPa高强度和43.5 MJ/m3韧性，机械强度回收保留率达88.2%，70天可完全土壤降解。其作为环保基底制备的印刷电容传感器（PCSs）在接触/非接触模式下对压力、方向、湿度等信号均表现出高灵敏度，为柔性电子器件（如健康监测、人机交互）的可持续发展提供了创新解决方案。

　　

亮点

本研究通过仿生动态硬域设计，将刚性纤维素与柔性蓖麻油-2,5-呋喃二甲醇（CO-FDM）前体通过狄尔斯-阿尔德（Diels-Alder）反应和多重氢键交联，构建出具有相分离结构的全生物基热固性弹性体。其硬域动态重构特性赋予材料88.2%的机械强度回收率，而软硬相微观排列使材料兼具25.6 MPa强度和43.5 MJ/m³韧性——相当于蜘蛛丝的综合力学性能。更引人注目的是，该材料在土壤中70天即可完全降解，突破了传统石油基聚合物（如PDMS）的环境滞留难题。

环境友好型生物热固弹性体的概念设计

直接利用生物质资源开发兼具高强度、可回收和降解性能的弹性体基底，是解决电子垃圾（e-waste）问题的经济高效路径。本研究创新性地通过"动态硬域"架构，使刚性纤维素（硬相）与柔性蓖麻油长链（软相）形成纳米级相分离，同时保留动态共价键（如DA键）的可逆性。这种"刚柔并济"的设计模仿了肌肉纤维的层次结构，既避免了传统CANs材料因交联密度不足导致的力学缺陷，又克服了永久交联网络的不可回收性问题。

结论

总之，我们基于动态硬域策略开发的全生物基热固弹性体，为柔性电子器件（如可穿戴传感器、软体机器人）提供了理想的环保基底解决方案。其印刷电容传感器（PCSs）在非接触模式下可检测呼吸频率（灵敏度达0.8 kPa^-1），在接触模式下对湿度变化呈现线性响应，这些性能使其在智慧医疗和物联网领域展现出独特优势。该工作为开发"绿色电子"材料提供了新的分子设计范式。

（注：翻译部分保留了原文小标题层级，专业术语如Diels-Alder、PDMS等均用括号标注英文缩写，力学单位按原文规范使用上标，并采用"刚柔并济""蜘蛛丝"等生动类比增强可读性。）