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  離子凝膠以所包裹的離子液體作為導電介質，可有效解決離子導電水凝膠或有機凝膠材料中溶劑揮發(fā)而導致性能不穩(wěn)定的問題。為了達到高電導率通常需要加入高含量的離子液體，然而，離子液體對聚合物網(wǎng)絡體系有塑化作用，進一步會降低凝膠的力學性能。因此，高強度、優(yōu)異拉伸性以及高電導率同時在同一離子凝膠中實現(xiàn)，仍存在較大挑戰(zhàn)。

  近日，香港中文大學（深圳）理工學院朱世平和張祺團隊利用雙網(wǎng)絡結構和離子-偶極作用協(xié)同增強離子凝膠力學性能，同時使凝膠保留良好的電導率，可用于電致發(fā)光及可穿戴傳感器等離子器件領域。該工作以“Enhanced Stretchability and Robustness towards Flexible Ionotronics via Double-network Structure and Ion-dipole Interactions”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》期刊上。

  在該研究中，作者采用光聚合獲得交聯(lián)六氟丁基丙烯酸酯與丙烯酸甲酯的共聚物P(MA-co-HFBA)為基體材料，通過聚合-溶脹-聚合-離子液體浸泡的方法構筑雙網(wǎng)絡離子凝膠。其中，聚合物側鏈上的—CF₃偶極與離子液體EMITFSI中的咪唑陽離子發(fā)生離子-偶極相互作用，不僅有助于網(wǎng)絡內形成物理交聯(lián)點，也使得兩層網(wǎng)絡間產生相互作用（圖1）。作者通過調控交聯(lián)密度和離子液體含量來研究體系組分對力學性能和電化學性能的影響，發(fā)現(xiàn)離子液體含量對力學性能的影響并不像交聯(lián)密度那樣往單一的方向改變，而是在30%含量的時候拉伸性能達到最優(yōu)且拉伸強度無明顯下降；同時，DSC數(shù)據(jù)表明20-40%離子液體含量對玻璃化轉變溫度的影響較小，佐證了力學強度在該區(qū)間變化較小。這些性能調控的表現(xiàn)可以歸因為離子液體的增塑作用、雙網(wǎng)絡結構、網(wǎng)絡內和網(wǎng)絡間離子偶極作用、以及聚合物固含量的總體影響結果，但在不同的離子液體含量下，占主導作用的因素隨之改變。

圖1. 離子凝膠組成示意圖，應力-應變曲線，電導率-離子液體含量變化曲線。

  另外，30%離子液體含量的凝膠不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的力學性能（5.6 MPa， 784%），而且電導率達到10^-5 S cm^-1水平，同時具有長期存儲、多次重復使用等穩(wěn)定性。優(yōu)異的綜合性能下，該離子凝膠可用于電致發(fā)光和可穿戴傳感器等器件應用（圖2，圖3）。

圖2. 離子凝膠用作電致發(fā)光器件導電層。

圖3. 離子凝膠用作電阻型傳感器。

  文章第一作者為香港中文大學（深圳）理工學院博士后邱文蓮博士，共同作者為博士生陳國慶和朱賀助理教授，通訊作者為香港中文大學（深圳）理工學院朱世平教授和張祺助理教授。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722002595