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  離子凝膠以所包裹的離子液體作為導(dǎo)電介質(zhì)，可有效解決離子導(dǎo)電水凝膠或有機凝膠材料中溶劑揮發(fā)而導(dǎo)致性能不穩(wěn)定的問題。為了達(dá)到高電導(dǎo)率通常需要加入高含量的離子液體，然而，離子液體對聚合物網(wǎng)絡(luò)體系有塑化作用，進(jìn)一步會降低凝膠的力學(xué)性能。因此，高強度、優(yōu)異拉伸性以及高電導(dǎo)率同時在同一離子凝膠中實現(xiàn)，仍存在較大挑戰(zhàn)。

  近日，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院朱世平和張祺團隊利用雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和離子-偶極作用協(xié)同增強離子凝膠力學(xué)性能，同時使凝膠保留良好的電導(dǎo)率，可用于電致發(fā)光及可穿戴傳感器等離子器件領(lǐng)域。該工作以“Enhanced Stretchability and Robustness towards Flexible Ionotronics via Double-network Structure and Ion-dipole Interactions”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》期刊上。

  在該研究中，作者采用光聚合獲得交聯(lián)六氟丁基丙烯酸酯與丙烯酸甲酯的共聚物P(MA-co-HFBA)為基體材料，通過聚合-溶脹-聚合-離子液體浸泡的方法構(gòu)筑雙網(wǎng)絡(luò)離子凝膠。其中，聚合物側(cè)鏈上的—CF₃偶極與離子液體EMITFSI中的咪唑陽離子發(fā)生離子-偶極相互作用，不僅有助于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)形成物理交聯(lián)點，也使得兩層網(wǎng)絡(luò)間產(chǎn)生相互作用（圖1）。作者通過調(diào)控交聯(lián)密度和離子液體含量來研究體系組分對力學(xué)性能和電化學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)離子液體含量對力學(xué)性能的影響并不像交聯(lián)密度那樣往單一的方向改變，而是在30%含量的時候拉伸性能達(dá)到最優(yōu)且拉伸強度無明顯下降；同時，DSC數(shù)據(jù)表明20-40%離子液體含量對玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響較小，佐證了力學(xué)強度在該區(qū)間變化較小。這些性能調(diào)控的表現(xiàn)可以歸因為離子液體的增塑作用、雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和網(wǎng)絡(luò)間離子偶極作用、以及聚合物固含量的總體影響結(jié)果，但在不同的離子液體含量下，占主導(dǎo)作用的因素隨之改變。

圖1. 離子凝膠組成示意圖，應(yīng)力-應(yīng)變曲線，電導(dǎo)率-離子液體含量變化曲線。

  另外，30%離子液體含量的凝膠不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能（5.6 MPa， 784%），而且電導(dǎo)率達(dá)到10^-5 S cm^-1水平，同時具有長期存儲、多次重復(fù)使用等穩(wěn)定性。優(yōu)異的綜合性能下，該離子凝膠可用于電致發(fā)光和可穿戴傳感器等器件應(yīng)用（圖2，圖3）。

圖2. 離子凝膠用作電致發(fā)光器件導(dǎo)電層。

圖3. 離子凝膠用作電阻型傳感器。

  文章第一作者為香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院博士后邱文蓮博士，共同作者為博士生陳國慶和朱賀助理教授，通訊作者為香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院朱世平教授和張祺助理教授。

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722002595