山东大学刘亚庆课题组 ACS AMI: 可重构的超分子水凝胶触摸屏

2023-01-18 来源：高分子科技

近年来，离子导电水凝胶材料被广泛应用于制备传感器、触摸屏等离子器件，并展现出良好的生物相容性及出色的机械适应性。离子导电水凝胶通常由高分子聚合形成的三维凝胶网络和作为电荷载流子的盐离子构成，但受其共价交联网络的限制，此类水凝胶的可重构性较差，往往需要仪器辅助或外加化学物质实现交联网络重建，在实际的回收过程中带来诸多不便。因此，开发新型的可回收、可重构的电学材料有着重要的实际需求。

由小分子凝胶因子通过非共价相互作用自组装形成的超分子水凝胶，其凝胶网络常对外界刺激如光、热、力、化学添加物等具有响应性。其中，依托于凝胶的触变性，由机械力诱导的溶液-凝胶可逆转变为设计室温条件下可回收重构的电学材料提供了新的思路。因此，小分子凝胶的刺激响应性在功能性离子器件开发中具有独特的潜力。然而，大量离子的引入常会扰乱超分子组装体间的非共价相互作用，阻碍三维凝胶网络构筑，小分子水凝胶在离子器件中的应用依然存在技术性挑战。

为解决上述问题，山东大学化学与化工学院刘亚庆教授课题组开发了锂离子诱导成胶策略，成功设计了由 Bola 型两亲分子和锂离子自组装形成的具有触变性的小分子水凝胶（图1）。在该凝胶中，锂离子不仅与两亲分子的头基发生相互作用，共同构筑了超分子组装体，同时作为电荷载流子赋予凝胶良好的导电性（图2）。继而通过聚合物辅助方法引入少量聚乙烯醇链段构筑复合网络结构，显著提高了该凝胶的压缩强度（图2），使其满足触摸屏的在日常使用中的力学强度需要。基于该导电超分子水凝胶，研究人员成功开发了表面电容式触摸屏。该触摸屏可以灵敏感知触碰信息，准确定位触碰位置（图3）。得益于该水凝胶的触变性，在室温条件下通过简单的回收搅拌，即可按需将该水凝胶触摸屏重构至任意形状（图4）。该工作不仅扩宽了小分子水凝胶的应用场景，同时为开发具有可回收重构的电学器件材料提供了新思路。

图1 基于可重构导电超分子水凝胶的触摸屏

图2 导电超分子水凝胶的组装机理及力学性能

图3 导电超分子水凝胶触摸屏的位置识别性能

图4 机械力诱导可重构导电超分子水凝胶触摸屏

相关成果以"A Reconfigurable Touch Panel Based on a Conductive Thixotropic Supramolecular Hydrogel"为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。文章第一作者为山东大学化学与化工学院22届硕士生胥琳，现于荷兰莱顿大学攻读博士学位。通讯作者为山东大学化学与化工学院刘亚庆教授。该工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和山东省自然科学基金的支持。北京科技大学王天宇教授，中国科学院化学研究所刘鸣华研究员对该研究提供了指导和帮助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c18471

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（责任编辑：xu）

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