受生物皮膚離子傳導特性的啟發,具有本征可拉伸性的柔性離子導體以離子作為載流子來實現電學信號的傳輸,在人機交互、軟體機器人、醫療健康等領域受到了廣泛關注。除了電學信號輸出,一些動物皮膚(如變色龍)可表現出外界刺激下的顏色切換,呈現了一種可視化的傳感行為,為柔性離子導體的多功能化提供了新思路。
光子晶體是一類具有介電常數周期性的光學材料,可以反射入射光的特定波長而顯示出結構色。將光子晶體與離子導體結合可得到光子晶體離子導體,是實現具有光學和電學雙重信號輸出柔性離子導體的有效途徑。然而,現有的光子晶體離子導體材料,很難兼顧機械性能、離子電導率和結構色。這是因為:一方面,周期性排列的不同介電材料存在力學難匹配、界面不穩定等問題,使得機械性能與結構色之間存在一定的權衡;另一方面,基于大量溶劑的離子導體,溶劑含量對離子電導率和機械強度的影響也存在此消彼長的關系。
圖3. PIE內部分子相互作用的紅外光譜表征
由于無溶劑特性,PIE9在高溫(100℃)、低溫(-18℃)和高濕度(90% RH)下表現出穩定的電阻變化和顏色切換。此外,由于LiTFSI的吸濕性,PIE結構色對濕度具有響應性。
以上研究成果近期以“Synergetic Lithium and Hydrogen Bonds Endow Liquid-free Photonic Ionic Elastomer with Mechanical Robustness and Electrical/optical Dual-output”為題發表在《Advanced Materials》doi.org/10.1002/adma.202211342上,論文的第一作者為東華大學化學與化工學院碩士研究生彭磊,通訊作者為武培怡教授和侯磊副研究員。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202211342
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