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  向絕緣水凝膠中引入自由離子是提高其導(dǎo)電率最普遍的方法之一。然而引入的自由離子對(duì)水凝膠產(chǎn)生的力學(xué)影響卻經(jīng)常被人們忽略。該工作報(bào)道了通過陽離子和陰離子的協(xié)同作用對(duì)水凝膠進(jìn)行極端增韌，而不需要特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或添加其他增強(qiáng)劑。其策略是在可以同時(shí)誘導(dǎo)交聯(lián)和鹽析的特定鹽溶液中平衡對(duì)多價(jià)陽離子和有序化水溶性陰離子都敏感的物理雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。兩種離子效應(yīng)都對(duì)提高原始凝膠的機(jī)械性能和導(dǎo)電性具有積極作用，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袃?yōu)異物理性能的強(qiáng)韌導(dǎo)電凝膠。在鹽溶液中浸泡前后，水凝膠的斷裂應(yīng)力、斷裂能和離子電導(dǎo)率分別相差530倍、1100倍和4.9倍。浸泡后，水凝膠的最佳斷裂應(yīng)力和韌性可達(dá)到15 MPa和39 kJ m^-2，優(yōu)于大部分強(qiáng)韌導(dǎo)電水凝膠，同時(shí)還能維持1.5 S m^-1左右的離子電導(dǎo)率。這項(xiàng)簡單策略也被證明可以推廣到其他鹽離子和聚合物，有望將水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到對(duì)于機(jī)械耐久性要求極高的電子產(chǎn)品中。

  相關(guān)研究結(jié)果以“Strong Tough Conductive Hydrogels via the Synergy of Ion-Induced Crosslinking and Salting-Out”發(fā)表于Advanced Functional Materials, 第一/通訊作者分別為四川大學(xué)崔為副研究員、冉蓉教授。

圖1. 通過陽離子誘導(dǎo)交聯(lián)、陰離子誘導(dǎo)鹽析對(duì)水凝膠進(jìn)行協(xié)同增韌的策略。

圖2. 鹽溶液對(duì)物理雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠溶脹、微結(jié)構(gòu)、含水量的影響。

圖3. 通過陰陽離子協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)水凝膠機(jī)械性能的增強(qiáng)及調(diào)控。

圖4. 對(duì)陰陽離子協(xié)同作用的表征。

圖5. 陰陽離子協(xié)同作用的驗(yàn)證及其推廣。

圖6. 陰陽離子協(xié)同增韌的水凝膠用作抗枝晶電池隔膜以及抗裂紋傳感器。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202204823