离子凝胶是一种由离子液体和聚合物网络共同构成的材料。由于同时具有离子液体和聚合物网络的特点,离子凝胶不仅具有高离子电导率、不可燃性和热/化学/电化学稳定性,而且具有高柔韧性和机械性能。离子凝胶的独特性质使其在多个领域具有巨大的应用潜力,包括固体电解质,储能/发电装置,电驱动致动器,应变传感器,软体机器人,可拉伸触控面板,膜分离等等。然而,大多数离子凝胶的力学性能较差,如杨氏模量小(<1 MPa),韧性低(<1 MJ·m-3),抗拉强度低(<1 MPa)。而刚性离子凝胶(模量>为10 MPa)不仅可作为锂离子电池的电解质,以抑制锂枝晶的生长和增强抗外部冲击的能力,而且可以制成具有高强度和抗压性的柔性电子器件,用于多功能安全预警监测。
通过在聚合物分子链中引入具有不同化学结构的软-硬段,可以显著增强聚合物的力学性能。同时,这些片段可以通过特定的共价键或者分子间作用力来有策略的排列,形成不同的凝聚态结构(超分子结构),同样可以有效调节材料的整体性能。基于此,中国科学技术大学胡源教授、宋磊教授、朱纪欣教授、王靖文博士报道了一种通过改变聚合物凝聚态结构形成软-硬限域空间以调节离子凝胶分子构象的策略。该工作形成的“刚柔并济”的结构赋予共聚物材料延展性的同时,机械强度也得到了很大的提升。相关研究成果以“Bioinspired Ultra-Robust Ionogels Constructed with Soft-Rigid Confinement Space for Multimodal Monitoring Electronics”为题发表在国际顶级学术期刊《Advanced Functional Materials》上。
离子凝胶的合成及微观结构表征
图1基于软硬空间限域策略的仿生离子凝胶的合成
图2离子凝胶的微观结构
离子凝胶的形成机制
图3 本征分子作用机制
离子凝胶的机械性能和可调的形状记忆性能
图4 离子凝胶的力学和形状记忆性能
监测生理信号的可穿戴电子设备
图5 微电子打印可穿戴柔性电子器件以监测生理信号
用于安全监控的无线电子设备
图6 用于安全监控的无线电子设备
原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202312383
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