由于广泛可调的力学性能和多重感知功能，离子皮肤被认为是模拟人体皮肤功能的最具吸引力的候选材料。然而，目前报道的离子皮肤大多缺乏对太阳光谱的管理能力以及对人体皮肤的光学保护作用，特别是长期暴露在太阳光下的皮肤很容易被紫外线辐射和红外线引起的过热损伤。近年来开发的智能光调控材料由于内部单一的光响应位点和单原子的桥接网络，往往只能在窄可见光谱范围内调节透明度中国机械网okmao.com。目前很少有单一材料能够实现内部结构从纳米到微米尺度的可控调节，从而同时管理“紫外-可见-红外”的宽谱带光。此外，光管理离子皮肤作为连接人机界面的桥梁，需要兼具良好的导电性和感知功能，这通常需要多层装配技术，生产成本较高。水凝胶固有的低模量也缩短了离子皮肤的使用寿命，造成资源浪费。因此，离子皮肤在实现宽光谱管理的同时保持高力学强度并集成多功能仍然极具挑战性。
针对这一问题，东华大学武培怡教授研究团队使用限域聚合的策略，开发出一种具有“光调控”能力的智能离子皮肤。该离子皮肤无需复杂的制备技术，不仅能够以国际莫尔斯电码的形式实现光学伪装的人机无线对话，还可以对全太阳光范围内的光（包括紫外光、可见光和红外光）进行调控，同时具有强韧的力学性能（图1）。
图1. “光调控”水凝胶离子皮肤的多功能展示。
如图2所示，通过调节单体与分散介质之间的氢键和疏水作用以及调控分子亲疏水性，得到了液-液微相分离状态的预聚合前驱体溶液。通过原位限域聚合，实现了水凝胶内部多孔结构从纳米到微米的多尺度定制。由于可逆的氢键、离子键和疏水作用，水凝胶不仅能实现广泛可调的热致变色功能，而且具有较高的模量、大的可拉伸性和可重复使用的自愈性。
图2. 多层级结构的光调控水凝胶的设计。
多层级网络结构以及大分子链之间的离子相互作用，使得该水凝胶具有高强度的同时保持了良好的韧性。该水凝胶的表观活化能为160 KJ mol-1，远高于传统的超分子网络水凝胶(41-96 kJ mol-1)，赋予该水凝胶快速自愈合和抗刮擦的能力（图3）。
图3. 光调控水凝胶的力学性能。
该离子皮肤具有较好的紫外屏蔽能力，可以防止皮肤晒黑；能够完全阻隔热红外光，在热红外相机的检测下隐身；同时具有温敏性，可以调控可见光下的透明度。该离子皮肤在太阳光照射下还能够进行光屏蔽和隔热，防止过热和紫外线伤害。
图4. 水凝胶离子皮肤的光学调控能力。
在实际应用中，光调控离子皮肤可以作为人机信息传递平台，通过莫斯密码进行秘密信息传递。例如，把遇险信号（HELP ME）和警示信号（TAKE CARE）通过无线传输技术实时反馈到智能手机上。
图5. 离子皮肤通过摩斯密码进行秘密信息传递。
以上研究成果近期以“An intelligent light-managing ionic skin for UV-protection, IR stealth, and optical camouflaged Morse codes”为题，发表在《Science China Materials》（DOI: 10.1007/s40843-021-1789-x）上。复旦大学时晓芳博士为文章第一作者，武培怡教授和雷周玥博士为论文共同通讯作者。
该研究工作得到了国家自然科学基金项目（51973035和51733003）的资助与支持。