中国人民大学贺泳霖等 AFM：耐磨且湿度不敏感的图案化离子电路制备技术

2024-10-11 来源：高分子科技

随着人机交互界面技术的发展，人们对离子电路的需求不断增加。离子电路的图案化技术在功能集成和微型化方面非常重要，它可以控制电路结构和布局，促进各种模块的协作和复杂应用的开发，在提高性能的同时减少了电路间的干扰和损耗。然而，传统的表面改性电路在实际使用中需要频繁地与物体直接接触，这可能会导致磨损而脱落，或是电路断裂而失效。因此，开发一种具有优异耐磨性和稳定性的离子电路图案化方法变得尤为重要。

本研究提出了一种名为离子墨水直写（Direct ionic ink writing, DIIW）技术，通过笔写、印章或喷墨打印等方式，将离子液体（ILs）渗透进聚氨酯（PU）再聚合，形成互穿网络，制造出一种可抵抗砂纸磨损或胶带剥离的图案化离子电路。此外，在油性PU内部聚合的疏水离子液体，能够提升离子电路的防水性能，减少了环境湿度的影响。这种离子电路还能在人工智能（AI）的辅助下感知温度、压力和按压形状的多信号。这种便捷的图案化策略为耐磨导电材料结构的设计提供了一种可行的研究方案。该工作以“Direct ionic ink writing on and Penetrating into elastomer for patternable, waterproof, and wear-resistant ionic circuits”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。DOI：10.1002/adfm.202413434。本文的第一作者为安尧，吴君石为共同第一作者，人大贺泳霖老师为本文通讯作者，王亚培老师为共同作者。

Figure 1：离子墨水直写技术（DIIW）的过程和基于PU和离子液体形成的互穿网络的示意图与制备过程的一些材料表征。

Figure 2：通过书写、印章和喷墨打印方法准备的图案的示意图和光学照片，以及互穿网络部分的横截面和光学图像、横截面的SEM图像和不同区域的元素分布。

Figure 3：砂纸磨损和胶带剥离测试的示意图和离子电路的电阻变化，以及磨损前后离子电路的SEM和EDS图像以及不同湿度条件下离子电路的电阻稳定性测试。

Figure 4：基于DIIW方法制备的稳定且耐磨的离子网络，以及与AI模型结合实现多信号识别的示意图及效果图。

本研究开发的直接离子墨水书写技术为离子电路的制备提供了一种新的可批量制备的图案化方法。通过PILs和PU的互穿网络，显著提高了离子电路的抗磨损能力。这种方法的简单性允许使用直接书写、盖章和喷墨打印等各种方法进行图案化。并且，这些电路对湿度变化不敏感，比传统的基于水凝胶的对应物更适合长期使用。此外，在人工智能的帮助下，这种离子电路具有感知温度、压力和按压形状的多重信号的能力。互穿网络为制造耐磨稳定的耐磨离子电路提供了一种简单实用的解决方案。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202413434

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（责任编辑：xu）

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