近來，離-電材料（Iontronic materials）通過利用離子的運動，能夠?qū)ξ⑿〉膲毫ψ兓、溫度變化或化學(xué)物質(zhì)的存在進行高度敏感的響應(yīng)，這使得它們在精密傳感領(lǐng)域尤為有用。它們?yōu)殚_發(fā)新型柔性、可穿戴設(shè)備和智能系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)，這些系統(tǒng)能夠在不侵入、不影響用戶日；顒拥那闆r下，提供連續(xù)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。然而，由于它們?nèi)菀资艿讲豢深A(yù)測的損壞，導(dǎo)致性能下降和設(shè)備故障，這也是離-電材料目前所面對的最嚴峻的挑戰(zhàn)之一。 盡管已經(jīng)大量報道了通過基于氫鍵、離子相互作用和金屬-配體配位等非共價鍵的自愈合功能來恢復(fù)設(shè)備功能、延長設(shè)備壽命和確保長期穩(wěn)定性，但是這些非共價鍵容易受到水分子吸收的影響，導(dǎo)致其動態(tài)鍵交換作用被破壞，從而損失自修復(fù)性能。 另外，水分子的進入還會引起電干擾、短路和電化學(xué)腐蝕等破壞離-電材料的傳導(dǎo)機制的問題。
為了減少水的干擾，已經(jīng)有研究通過使用強大的疏水基團作為保護措施，以屏蔽水分子與動態(tài)鍵或者離子之間的相互作用。例如，由于氟原子的高電負性而具有強大靜電特性的C-F基團，不僅能夠與離子基團形成動態(tài)的離子-偶極作用以作為自修復(fù)的驅(qū)動力，而且賦予了強疏水性以保護動態(tài)鍵交換作用。 以上的設(shè)計理念使材料即使在水性環(huán)境中也能表現(xiàn)出自修復(fù)和傳感能力。 然而，由于疏水基團和動態(tài)鍵之間的協(xié)同效應(yīng)有限，這些材料只能表現(xiàn)出相對較低的自修復(fù)效率和速度。 因此，開發(fā)能夠在水生環(huán)境中擁有自主自愈和卓越傳感性能、且具備高自愈效率的離-電材料仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
圖1：頭足類動物的自愈合環(huán)齒和機械感受器。
圖2：基于分子工程設(shè)計的自愈合壓電離子彈性體（MESHPIE）。
通過分子工程設(shè)計的這種具有動態(tài)疏水-水解域的機械敏感壓電離子彈性體，在常規(guī)和水生環(huán)境中表現(xiàn)出卓越的自愈特性和壓力傳感能力。 這一創(chuàng)新技術(shù)為自愈合壓電離子設(shè)備在軟電子、水下機器人、更智能的人機界面和創(chuàng)新可穿戴技術(shù)中的應(yīng)用展現(xiàn)了巨大的潛力。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46334-4
作者：Zhengyang Kong, Elvis K. Boahen, Dong Jun Kim, Fenglong Li, Joo Sung Kim, Hyukmin Kweon, So Young Kim, Hanbin Choi, Jin Zhu, Wu Bin Ying*, Do Hwan Kim*
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