山东大学陈代荣教授、王挺教授 AFM：光学、力学、导电和传感性能可调的多酸功能化离子凝胶

2023-12-29 来源：高分子科技

离子凝胶由透明、可拉伸的聚合物基底和离子液体（ILs）组成，具有优异的柔韧性、导电性、高化学稳定性，并且完全无挥发性。离子凝胶作为最先进的触觉传感器在人机界面、人工智能、物联网、软机器人等领域的应用受到了广泛关注和研究。然而，离子凝胶在实际应用中还存在几个有待解决的问题。首先，添加ILs能有效提高离子导电性，但高含量的ILs会使离子凝胶的力学性能变弱。其次，离子凝胶需要具有可调的特性，以满足特定的应用需求。例如，离子凝胶的可调光学透明度可拓宽其在传感和光学过滤方面的应用范围，如与具有可调外观的离子皮肤相结合。离子凝胶的可调感应特性可提高传感器的灵敏度，以适应不同类型的应变感应。到目前为止，调控离子凝胶的光学、力学和导电特性的策略相当有限，阻碍了离子凝胶在重要领域的应用。

近日，山东大学陈代荣、王挺研究团队通过将聚氨酯（PU）基质与离子液体（ILs）和多金属氧酸盐（PTA 团簇）原位复合来制备离子凝胶（PU/ILs/PTA，图1）。PTA 团簇（4 wt%）在PU基质中起交联剂的作用，有效地提高了离子凝胶的力学性能。有趣的是，在电刺激下，离子凝胶可以可逆地从透明氧化态调节到深蓝还原态。通过PTA-聚合物相互作用的调节，PTA团簇的氧化还原态来调节离子凝胶的性质。离子凝胶的光学、力学和导电性能可以通过一个大窗口进行原位可逆的调制：光学透明度从91%降至7%（图2），耗散能量从0.9 MJ^.m^-3增加至3.1 MJ^.m^-3，弹性模量从1.5 MPa增加至2 MPa（图3），电导率从1.6×10^-4 S^.cm^-1提高至2.2×10 S^.cm^-1。同时，离子凝胶的传感特性可同时进行调制。在应变传感方面，灵敏度（GF）从2.3调到7.2；应用于压力传感时，灵敏度（S）从0.8 kPa^-1调到1.2 kPa^-1（图4）。这种具有可调光学、力学和导电特性的离子凝胶可以满足特定需求，为刺激响应型离子凝胶的设计带来新的启示。

图1. PU/IL_S/PTA制备示意图和结构表征

图2. PU/IL_S/PTA离子凝胶电致变色表征

图3. PU/IL_S/PTA离子凝胶力学性能表征

图4. PU/IL_S/PTA离子凝胶导电和传感性能表征

相关工作以“POM functionalized ionogels with tunable optical, mechanical, electrical and sensory properties”为题发表在Advanced Functional Materials（DOI:10.1002/adfm.202313957），山东大学博士生慕成龙为第一作者，陈代荣教授、王挺教授为论文共同通讯作者。该研究工作致谢山东省重点研发计划（2022CXPT026）、新安化工集团有机硅前沿技术发展计划（1190022018-13）、国家自然科学基金（21875128和22275116）等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202313957

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（责任编辑：xu）

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