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  向絕緣水凝膠中引入自由離子是提高其導電率最普遍的方法之一。然而引入的自由離子對水凝膠產生的力學影響卻經常被人們忽略。該工作報道了通過陽離子和陰離子的協同作用對水凝膠進行極端增韌，而不需要特定的結構設計或添加其他增強劑。其策略是在可以同時誘導交聯和鹽析的特定鹽溶液中平衡對多價陽離子和有序化水溶性陰離子都敏感的物理雙網絡水凝膠。兩種離子效應都對提高原始凝膠的機械性能和導電性具有積極作用，將其轉變為具有優異物理性能的強韌導電凝膠。在鹽溶液中浸泡前后，水凝膠的斷裂應力、斷裂能和離子電導率分別相差530倍、1100倍和4.9倍。浸泡后，水凝膠的最佳斷裂應力和韌性可達到15 MPa和39 kJ m^-2，優于大部分強韌導電水凝膠，同時還能維持1.5 S m^-1左右的離子電導率。這項簡單策略也被證明可以推廣到其他鹽離子和聚合物，有望將水凝膠的應用領域擴展到對于機械耐久性要求極高的電子產品中。

  相關研究結果以“Strong Tough Conductive Hydrogels via the Synergy of Ion-Induced Crosslinking and Salting-Out”發表于Advanced Functional Materials, 第一/通訊作者分別為四川大學崔為副研究員、冉蓉教授。

圖1. 通過陽離子誘導交聯、陰離子誘導鹽析對水凝膠進行協同增韌的策略。

圖2. 鹽溶液對物理雙網絡水凝膠溶脹、微結構、含水量的影響。

圖3. 通過陰陽離子協同作用實現對水凝膠機械性能的增強及調控。

圖4. 對陰陽離子協同作用的表征。

圖5. 陰陽離子協同作用的驗證及其推廣。

圖6. 陰陽離子協同增韌的水凝膠用作抗枝晶電池隔膜以及抗裂紋傳感器。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202204823