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  無溶劑型離子導(dǎo)電彈性體與水凝膠和離子凝膠相比具有零溶劑泄漏、高電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)勢。然而，由于彈性體的力學(xué)性能和電導(dǎo)率對結(jié)構(gòu)的依賴存在固有對立性，實(shí)現(xiàn)彈性體的力學(xué)性能和離子導(dǎo)電率的同時(shí)增強(qiáng)仍然面臨挑戰(zhàn)。

  近期，西北工業(yè)大學(xué)尹劍波教授課題組和斯德哥爾摩大學(xué)袁家寅教授課題組合作在Nano Letters發(fā)表文章，報(bào)道了一種通過簡單混合制備的無溶劑型MXene/聚離子液（PIL）復(fù)合彈性體（圖1）。在該彈性體中，帶負(fù)電荷的MXene納米片與陽離子型PIL主鏈靜電相互作用，通過“硬填料”效應(yīng)增強(qiáng)了PIL彈性體的機(jī)械強(qiáng)度（圖2），如含有10 wt%MXene的PIL彈性體在30°C下的拉伸強(qiáng)度達(dá)到0.48 MPa，比純PIL彈性體的拉伸強(qiáng)度提高近10倍。同時(shí)，帶負(fù)電荷的MXene與陽離子型PIL主鏈相互作用還可進(jìn)一步促進(jìn)PIL中的可運(yùn)動(dòng)反陰離子的解離，提高了PIL彈性體的離子電導(dǎo)率（圖3），含有7.5 wt%MXene的PIL彈性體在30°C下的離子電導(dǎo)率達(dá)到0.044 S/m。利用帶電納米填料與聚電解質(zhì)主鏈相互作用可同時(shí)提高聚電解質(zhì)彈性體的力學(xué)性能和電導(dǎo)率，這一綜合效應(yīng)使MXene/PIL彈性體有應(yīng)用于高性能應(yīng)變傳感器和光熱材料潛力，特別是由于無溶劑受熱揮發(fā)問題，可利用MXene的光熱效應(yīng)通過光照輔助進(jìn)一步提高該材料的離子電導(dǎo)率（圖4），進(jìn)而增強(qiáng)應(yīng)變傳感性能。該工作以“Solvent-Free MXene/Poly(ionic liquid) Composite Elastomers with Simultaneously Improved Mechanical and Electrical Properties for Sensing and Photothermal Applications”為題發(fā)表在《Nano Letters》上。文章第一作者是西北工業(yè)大學(xué)博士生李玉，西北工業(yè)大學(xué)尹劍波教授和斯德哥爾摩大學(xué)袁家寅教授為論文共同通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委和Swedish Research Council for Sustainable Development的支持。

圖1：（a） MXene/PIL彈性體制備過程示意圖；（b）MXene/PIL彈性體的照片；（c）MXene/PIL彈性體的斷面SEM圖像和相應(yīng)的Ti元素分布圖；（d）MXene/PIL彈性體的XRD圖；（e）MXene/PIL彈性體的FT-IR光譜；（f）MXene/PIL彈性體的DSC曲線。

圖2:（a）不同MXene含量的MXene/PIL彈性體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；（b）拉伸前后M/P-2.5樣品的伸長率；（c）不同MXene含量的MXene/PIL彈性體的楊氏模量和斷裂能。

圖3：（a）30°C下不同MXene含量的MXene/PIL彈性體的阻抗圖；（b）M/P-0、（c）M/P-2.5、（d）M/P-5、（e）M/P-7.5和（f）M/P-10的MXene/PIL彈性體的電導(dǎo)率與頻率關(guān)系圖；（g）通過擬合低頻準(zhǔn)平臺(tái)區(qū)獲得的電導(dǎo)率圖（虛線是VFT方程擬合結(jié)果）；（h）通過擬合高頻平臺(tái)區(qū)獲得的電導(dǎo)率圖（虛線是VFT方程擬合結(jié)果）；（i）M/P-10和文獻(xiàn)中報(bào)道的其他PIL彈性體之間的離子電導(dǎo)率比較。

圖4：M/P-7.5樣品在不同功率密度的可見光照射下的紅外熱成像：（a）1000 W/m²，（b）1500 W/m²，和（c）2000 W/m²；（d）在2000 W/m²的可見光照射下，不同MXene含量的MXene/PIL彈性體的溫度變化與照射時(shí)間關(guān)系；（e）M/P-7.5樣品在不同功率密度下循環(huán)可見光照射下的溫度變化；（f）M/P-7.5在2000 W/m²循環(huán)可見光照射下的相對電阻變化。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c01601

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