随着新型柔性电子器件的发展趋向于结构复杂化、定制化，作为其中的重要材料，离子凝胶的结构性能和可加工性是实现这一目标的关键。然而，目前制备高性能离子凝胶的方法，如引入双网络或非共价交联等，通常基于常规的加工成型方法得到块体凝胶，不利于在定制化的器件中应用。设计制备兼具优异的机械性能以及灵活的可加工性的高性能离子凝胶仍然是一项重大挑战。

  近日，烟台大学化学化工学院刘洪亮教授团队提出一种新策略，利用嵌段共聚物聚苯乙烯-聚环氧乙烷-聚苯乙烯(PS-PEO-PS)在混合的离子液体，1-(4-乙烯基苄基)-3-丁基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺([VBBIm]NTf₂)和1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺([EMIm]NTf₂)中自组装得到物理交联网络，进一步通过喷墨打印、喷涂以及3D打印等加工方法得到具有复杂结构的物理-化学交联离子凝胶。

  首先，PS-PEO-PS和混合离子液体溶于共溶剂中得到均匀溶液，随着溶剂的挥发，PS-PEO-PS在混合离子液体中自组装，形成粘度可调的胶束交联的离子凝胶。通过控制溶剂的挥发程度可以有效地调节离子凝胶的粘度，适用于不同的加工技术。例如，粘度较低的离子凝胶适用于喷墨打印得到复杂图案；中等粘度的离子凝胶可以喷涂到不同基底上，通过紫外光交联固化形成坚固的导电离子凝胶涂层；高粘度的离子凝胶仍然具有剪切流动性，可以通过光固化3D打印得到各种复杂三维结构。由于离子液体具有高度可设计性，在合成新型嵌段共聚物之外，可以通过设计功能性混合离子液体作为分散相，为高性能离子凝胶的灵活加工和可编程制备开辟了一条新途径。

  物理-化学交联的离子凝胶相比单纯的物理交联或化学交联表现出更优异的机械性能，在应变超过400%时的拉伸强度为0.29 MPa，而在85%应变时的抗压强度达10 MPa。当离子凝胶被拉伸时，刚性的化学交联网络能够在相对较小的应变下产生裂纹，耗散大部分能量，而物理交联网络仍然能够通过缠结和分子间的相互作用维持化学网络的完整性，从而保持离子凝胶的机械韧性。此外，由于化学交联网络的形成限制了电荷的迁移，因此物理-化学交联的离子凝胶导电性低于单纯物理交联的离子凝胶。

  作为柔性应变传感器，物理-化学交联离子凝胶具有良好的灵敏度、长期稳定性、快速响应和恢复能力，以及在高湿和高盐条件下的稳定性。其灵敏系数(GF)在0%到100%应变范围内为2，在超过100%应变范围内为4.4，并能够在100%应变下循环4000次后保持90%的灵敏度。离子凝胶能够在-20 °C至80 °C的温度范围，以及在高湿度，饱和氯化钠溶液中表现出稳定的电响应。

图1. 物理-化学交联离子凝胶的设计思路和灵活的可加工性。

  此外，利用离子凝胶灵活的可加工性，可以通过3D打印制备具有拉胀结构框架的离子凝胶，通过拉胀结构降低凝胶的泊松比，从而提高在微小形变条件下的灵敏度。例如，具有拉胀结构的离子凝胶可以用于监测微小的人体运动，与块体离子凝胶相比，在相同的人体运动过程中，拉胀离子凝胶能够产生更大的响应信号，灵敏度能够提高五倍。

图2. 物理-化学交联离子凝胶的机械强度和导电性。

图3. 物理-化学交联离子凝胶用于柔性传感器。

  该成果以“Highly Processable Ionogels with Mechanical Robustness”为题发表在《Advanced Functional Materials》上，论文的第一作者为烟台大学化学化工学院讲师马初骜博士，通讯作者为烟台大学化学化工学院刘洪亮教授，共同通讯作者为美国卡耐基梅隆大学Krzysztof Matyjaszewski教授。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202211771