北京林业大学杨俊 AFM：坚韧、粘附、自修复的无溶剂离子弹性体用于柔性离子器件

2023-10-25 来源：高分子科技

聚低共熔溶剂(PDES)作为一种新兴的无溶剂离子导电弹性体，被认为是新一代离子器件中性能卓越的候选者。然而，如何将高离子电导率、优异的机械性能、良好的自愈能力和强大的粘附力整合到单一器件中，以满足各种场景中离子电子器件的严格要求，仍然是一个巨大的挑战。

北京林业大学杨俊/许凤等人通过将单宁酸涂覆的纤维素纳米晶体(TA@CNC)作为多功能氢键供体与聚丙烯酸(氢键供体)和氯化胆碱(氢键受体)结合，通过多重氢键形成动态交联网络，构建了无溶剂离子弹性体。TA@CNC继承了CNC结晶区域的刚性，提升了离子弹性体的力学性能；另一方面，TA@CNC表面的儿茶酚基团和羟基可以与PAA和ChCl形成多个氢键，为能量耗散提供了密集的氢键动态网络。此外，TA@CNC表面的儿茶酚基团也被发现在ACTC弹性体的粘附性能中起关键作用。该离子弹性体具有高离子电导率(≈0.38 S m^-1)、良好的光学透明度、优异的力学性能(拉伸强度196 ~ 496 kPa，应变1350% ~ 2400%)、强自粘性和良好的自修复性能以及在宽温度范围(- 40 ~ 60 ℃)内稳定的电学性能。得益于上述集成特性，利用该离子弹性体作为电阻传感模块构建可穿戴传感器，即使在离轴变形(扭转和刺破)以及损伤修复后仍然能具备稳定的传感性能。此外，还开发了能够稳定检测压力分布的电容式压力传感器，为离子器件的发展提供了新的研究内容。

图1. ACTC离子弹性体的合成、性能和应用示意图

图2. ACTC离子弹性体力学性能

图3. ACTC离子弹性体良好的电学/力学修复性能

图4. ACTC离子弹性体强大的粘附性能

图5. ACTC离子弹性体稳定的应变传感特性

图6. 基于ACTC离子弹性体的超电容压力传感器

上述工作以“Tough Liquid-Free Ionic Conductive Elastomers with Robust Adhesion and Self-Healing Properties for Ionotronic Devices”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。杨俊课题组硕士毕业生张欣瑞为第一作者，该研究得到北京林业大学热点追踪项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202307400

杨俊课题组目前主要从事天然高分子凝胶材料在柔性传感器件方面的研究，欢迎感兴趣的2024级博士生和硕士生加入，有意者请联系yangjun11@bjfu.edu.cn。期待与您共同进步！

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（责任编辑：xu）

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