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  導電凝膠在柔性電子器件方面表現出良好的潛在應用價值，因而受到了人們的廣泛關注。通常，以水為溶劑的導電水凝膠低溫時，易結冰；高溫時，易失水；此外，水電解質對金屬電極具有化學腐蝕性，這些都不利于器件的安全使用。雖然可用有機溶劑代替水來制備有機凝膠以解決水溶劑的結冰失水問題，但有機溶劑的易燃性又帶來了新的安全問題。然而，由離子液體和聚合物網絡組成的離子凝膠（Ionogels）因其高離子電導率，非揮發性，高熱穩定性和（電）化學穩定性、不燃性等獨特特性，使其可作為一種安全的凝膠導體材料。但是目前大多數現有離子凝膠的力學性能較差，例如拉伸性小、韌性低等；并且有些離子凝膠在各種環境中不穩定，例如在潮濕環境中發生吸濕。因此，如何設計和制備出機械強度高的穩定透明離子凝膠仍是一大難題。

  針對上述問題，江雷院士團隊通過彈性體和離子液體之間的氫鍵鍵合，制備了一類新型高透明、高強度和超穩定的離子凝膠。研究發現：聚（丙烯酸乙酯）（PEA）彈性體與雙（三氟甲基磺酰基）酰亞胺（[NTf₂]）類離子液體之間具有良好的相容性，且[NTf₂]陰離子與彈性體之間存在強氫鍵作用。該疏水的離子凝膠顯示出超高拉伸性（~ 5000％）、高光學透明性（平均透射率，可見光95％）和超高韌性（~ 4.7 kJ m^-2）（如圖1所示）。此外，該離子凝膠具有高熱穩定性、高電壓穩定性、空氣穩定性、耐濕性、強自粘性以及對金屬電極的不腐蝕等優點。得益于該離子凝膠的優異機械性能和超高穩定性，基于該離子凝膠的傳感器可實現在高真空（6×10^-4Pa）、低溫（-70℃）、高溫（100℃）以及99％的相對濕度等惡劣環境條件下的正常運行。更重要的是，鑒于離子液體和聚合物的多樣性，這里基于氫鍵作用制備高性能離子凝膠的策略可擴展到設計和制備新一代多功能性（如自愈性、自增強、發光性及響應性等）高機械強度離子凝膠，而這將極大的拓寬可拉伸透明電子器件的領域。

圖1 基于氫鍵作用的高強度、超穩定的透明離子凝膠。a）[NTf₂]陰離子與PEA彈性體之間的氫鍵作用示意圖；b）一個厚度為0.34 mm的離子凝膠在可見光范圍內（波長400~800 nm）的透射率；c）離子凝膠在-70℃ ~ 100℃范圍內的離子電導率；d）拉伸速率為10 mm min-1時，離子凝膠的拉伸應力應變曲線；e）離子凝膠可以承受打結且高拉伸等機械變形。

  以上研究成果發表在Materials Horizons，2019， DOI:10.1039/C9MH01699F，并被選為封面（Front cover）文章予以重點推介。論文的第一作者為北航博士后曹自權，通訊作者為中科院理化所劉洪亮副研究員。相關工作得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金、中科院青年創新促進協會等的大力支持。

  研究團隊近期在高性能離子凝膠及其復合物的研究成果還發表在Adv. Mater. 2017, 28, 1704253、Adv. Electro. Mater. 2019, DOI: 10.1002/aelm.201900668、Chin. J. Polym. Sci. 2019, DOI: 10.1007/s10118-020-2357-2、ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 29010以及Adv. Mater. 2016, 28, 7167上。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1039/C9MH01699F