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福州大學呂曉林 Adv. Mater.：拉伸超過100倍的超分子離子凝膠
2024-09-23  來源：高分子科技

  離子凝膠由于具有良好的柔韌性和離子導電性，已廣泛應用于柔性離子電子器件，包括應變傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器。雖然通過相分離、氫鍵、離子-偶極相互作用等已經制備了一系列不同的離子凝膠，但是現有的離子凝膠仍然受限于較差的機械可調性和環境不耐受性。


  近日，福州大學呂曉林副教授在《Advanced Materials》上發表文章《Multi-Modal Sensing Ionogels with Tunable Mechanical Properties and Environmental Stability for Aquatic and Atmospheric Environments》，通過陽離子-氧配位相互作用和氫鍵構建了一種具有三維超分子網絡的離子凝膠，使其具有可調的模量、拉伸性和強度，最大斷裂伸長率超過100倍。而且，超分子網絡的穩定結構和疏水特性使該離子凝膠具有良好的熱穩定性和水下穩定性，使其能在較寬的溫度范圍內和水下進行工作。因此，該離子凝膠可以應用于柔性傳感和水下信號傳輸，在柔性可穿戴領域具有應用潛力。


圖1. 超分子離子凝膠的示意圖


  如圖2所示，超分子離子凝膠的力學性能具有較寬的可調性。同時，其還具有較高的斷裂能和抗裂紋拓展能力，最大斷裂能為46.8 kJ m?2。此外，由于超分子網絡的動態可逆性，該離子凝膠具有較高的彈性和自回復能力。


圖2. 超分子離子凝膠的力學性能


  如圖3所示，超分子離子凝膠具有較寬的工作范圍，其在低溫和高溫下都能保持良好的變形能力。同時，在不同溫度下，對不同基底都具有粘附能力。即使在水下，其粘附能力仍然能夠得到保持。同時，該離子凝膠可以直接附著于皮膚上，具有良好的相容性和順應性。


圖3. 超分子離子凝膠的環境穩定性


  由于離子凝膠還具有良好的導電能力，其可以直接應用于溫度傳感、壓力傳感和應變傳感等柔性可穿戴器件中，具有良好的靈敏度和穩定性（圖4）。


圖4. 超分子離子凝膠的電學和傳感特性


  福州大學呂曉林和福建醫科大學附屬協和醫院周飄飄為本論文的通訊作者。該研究得到國家自然科學基金項目、福建省光電信息科技創新實驗室、福建省自然科學基金項目、國家重點研發計劃等基金項目的資助。


  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202410572

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（責任編輯：xu）
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