近日，中国科学院深圳先进技术研究院材料所副研究员何睿团队与其合作者成功开发出一种具有力学响应性的有机硅凝胶。这种凝胶在高速冲击力的作用下，材料内部的弹性模量显著提升而迅速变硬，是一种具有能量缓冲作用的防护材料。相关研究成果发表于《自然-通讯》。

传统的剪切硬化胶通常为聚硼硅氧烷体系，它是通过硼酸在高温下交联聚二甲基硅氧烷制备而成。硼酸不仅对钢铁和混凝土具有腐蚀性，而且在高温下腐蚀速率加剧，更有多项动物实验证明长期接触硼酸可能导致中毒反应。这些安全隐患严重限制了剪切硬化胶在诸多领域的应用，因此开发新一代无硼剪切硬化胶迫在眉睫。

针对上述问题，何睿团队开发出新型聚钛硅氧烷体系，首次提出基于金属离子介导的氢键增强策略调控超分子网络中的氢键强度，来替代传统聚硼硅氧烷体系中的硼?氧动态键。与聚硼硅氧烷体系中的硅羟基的氧原子相比，体系中三价钛羟基的氧原子电荷密度更高，而四价钛羟基的氢原子电荷密度更低，因此作为氢键供体和受体能产生更强的氢键相互作用。

当承受高频剪切应力时，氢键形成的动态可逆网络难以断裂，无序的高分子链无法松弛和解缠，高分子链运动受限在宏观尺度上呈现出高刚性状态。本工作开发的新型无硼有机硅剪切硬化胶克服了传统聚硼硅氧烷体系的腐蚀性和毒性问题，同时提出的金属离子介导的氢键增强策略为其他超分子功能材料构建提供了新路径

研究结果显示，新型无硼有机硅剪切硬化胶在0.1到100赫兹频率范围内表现出高达2800倍的剪切变硬性能，具有优异的冲击防护能力。与传统相比，具有极低的细胞毒性，使其成为安全可靠的智能凝胶材料。此外，该成果可以通过引入变价金属离子，调节氢键供体和受体的静电势，从而显著增强氢键强度，大幅提升刺激响应性能。

在应用层面，新一代无硼有机硅剪切硬化胶可用于制备抗冲击材料、应力传感器等，展现出其在智能材料领域的广阔应用前景。此外，该研究工作提出的金属离子介导的氢键增强策略也为其他具有动态可逆网络的智能凝胶材料开发提供了新的设计思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64000-1