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  近日，華中科技大學強電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室/電氣與電子工程學院趙龍教授團隊利用電離輻射技術(shù)成功制備出基于聚（離子液體）/MXene凝膠的多功能柔性應變傳感器，相關研究成果發(fā)表于國際知名期刊Chemical Engineering Journal上。

  柔性應變傳感器（FSSs）可以將來自外界刺激的機械信號轉(zhuǎn)換為實時電信號，因而在人體運動、健康監(jiān)測、人機界面和軟機器人等領域被廣泛研究。導電水凝膠因其制備簡單、柔韌性高、導電性好、自愈能力強等優(yōu)點得到了廣泛的研究。然而，水凝膠衍生的FSSs通常具有較差的耐溫性和相對狹窄的電化學窗口，嚴重限制了進一步的實際應用。盡管許多研究人員嘗試使用低揮發(fā)性有機溶劑制備的有機凝膠代替水凝膠作為傳感材料來解決上述問題，但有機凝膠往往表現(xiàn)出相對較低的電導率和靈敏度。因此，如何制備同時兼具高靈敏度和導電性、優(yōu)異的環(huán)境耐受性、柔性可調(diào)等優(yōu)點的高性能FSSs導電材料是一項極具挑戰(zhàn)的任務。

二維（2D）過渡金屬碳化物/氮化物（Ti₃C₂T_x MXene）作為一種新型的二維納米材料，具有高的化學穩(wěn)定性、柔韌性、優(yōu)異的導電性和機械強度，在FSSs中顯示出很高的應用潛力。此外，MXene表面豐富的活性基團（-OH，-F和=O）可以和聚合物基體之間形成豐富的非共價交聯(lián)作用，從而提高凝膠的機械性能和導電性。

本文亮點

  1.針對上述問題，本工作提出了增加凝膠中的非共價作用以及在交聯(lián)結(jié)構(gòu)中引入共價/非共價協(xié)同作用機制來提高和改善凝膠的機械性能，穩(wěn)定性和導電性的思路。本工作使用含有-C=C-雙鍵的咪唑類ILs分別作為單體和交聯(lián)劑，Ti₃C₂T_x MXene同時作為物理“交聯(lián)劑”和導電納米填料，首次采用電離輻射技術(shù)誘導離子液體單體在有機溶劑中發(fā)生輻射聚合/交聯(lián)，一步法原位制備出一系列兼具共價和非共價交聯(lián)結(jié)構(gòu)的雙交聯(lián)新型聚（離子液體）/MXene（C_n-PIL/MXene）凝膠。

  2.本工作系統(tǒng)研究了不同碳鏈長度的咪唑ILs單體的凝膠化機制及其凝膠性能。結(jié)果表明， 含有較短烷基側(cè)鏈的IL形成的凝膠（C₂-PIL/MXene）具有更好的拉伸性（≈600%）、良好的導電性(4.9 mS cm^?1)、快速的自愈能力（<8 min）、優(yōu)異的粘附性（266.9 kPa）和快速的響應時間（<100 mS）。此外，所制備的C₂-PIL/MXene凝膠還具有優(yōu)異的抗凍性能（?60 ℃）、環(huán)境耐受性（90天）和優(yōu)異的抗菌活性（抗菌率：大腸桿菌（99.82%），金黃色葡萄球菌（99.98%）。

  3.基于C₂-PIL/MXene凝膠的多功能柔性應變傳感器，能夠?qū)崟r快速的響應人體的各種活動，識別書寫筆畫，實現(xiàn)信息的加密傳輸，在柔性智能可穿戴設備中顯示出巨大的應用潛力。

圖8. C₂-PIL/MXene凝膠的抗菌性研究

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143660