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福州大學呂曉林 Adv. Mater.：拉伸超過100倍的超分子離子凝膠
2024-09-23  來源：高分子科技

  離子凝膠由于具有良好的柔韌性和離子導電性，已廣泛應用于柔性離子電子器件，包括應變傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器。雖然通過相分離、氫鍵、離子-偶極相互作用等已經(jīng)制備了一系列不同的離子凝膠，但是現(xiàn)有的離子凝膠仍然受限于較差的機械可調(diào)性和環(huán)境不耐受性。


  近日，福州大學呂曉林副教授在《Advanced Materials》上發(fā)表文章《Multi-Modal Sensing Ionogels with Tunable Mechanical Properties and Environmental Stability for Aquatic and Atmospheric Environments》，通過陽離子-氧配位相互作用和氫鍵構建了一種具有三維超分子網(wǎng)絡的離子凝膠，使其具有可調(diào)的模量、拉伸性和強度，最大斷裂伸長率超過100倍。而且，超分子網(wǎng)絡的穩(wěn)定結構和疏水特性使該離子凝膠具有良好的熱穩(wěn)定性和水下穩(wěn)定性，使其能在較寬的溫度范圍內(nèi)和水下進行工作。因此，該離子凝膠可以應用于柔性傳感和水下信號傳輸，在柔性可穿戴領域具有應用潛力。


圖1. 超分子離子凝膠的示意圖


  如圖2所示，超分子離子凝膠的力學性能具有較寬的可調(diào)性。同時，其還具有較高的斷裂能和抗裂紋拓展能力，最大斷裂能為46.8 kJ m?2。此外，由于超分子網(wǎng)絡的動態(tài)可逆性，該離子凝膠具有較高的彈性和自回復能力。


圖2. 超分子離子凝膠的力學性能


  如圖3所示，超分子離子凝膠具有較寬的工作范圍，其在低溫和高溫下都能保持良好的變形能力。同時，在不同溫度下，對不同基底都具有粘附能力。即使在水下，其粘附能力仍然能夠得到保持。同時，該離子凝膠可以直接附著于皮膚上，具有良好的相容性和順應性。


圖3. 超分子離子凝膠的環(huán)境穩(wěn)定性


  由于離子凝膠還具有良好的導電能力，其可以直接應用于溫度傳感、壓力傳感和應變傳感等柔性可穿戴器件中，具有良好的靈敏度和穩(wěn)定性（圖4）。


圖4. 超分子離子凝膠的電學和傳感特性


  福州大學呂曉林和福建醫(yī)科大學附屬協(xié)和醫(yī)院周飄飄為本論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金項目、福建省光電信息科技創(chuàng)新實驗室、福建省自然科學基金項目、國家重點研發(fā)計劃等基金項目的資助。


  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202410572

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（責任編輯：xu）
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