无溶剂型离子导电弹性体与水凝胶和离子凝胶相比具有零溶剂泄漏、高电化学稳定性等优势。然而，由于弹性体的力学性能和电导率对结构的依赖存在固有对立性，实现弹性体的力学性能和离子导电率的同时增强仍然面临挑战。
近期，西北工业大学尹剑波教授课题组和斯德哥尔摩大学袁家寅教授课题组合作在Nano Letters发表文章，报道了一种通过简单混合制备的无溶剂型MXene/聚离子液（PIL）复合弹性体（图1）。在该弹性体中，带负电荷的MXene纳米片与阳离子型PIL主链静电相互作用，通过“硬填料”效应增强了PIL弹性体的机械强度（图2），如含有10 wt%MXene的PIL弹性体在30°C下的拉伸强度达到0.48 MPa，比纯PIL弹性体的拉伸强度提高近10倍。同时，带负电荷的MXene与阳离子型PIL主链相互作用还可进一步促进PIL中的可运动反阴离子的解离，提高了PIL弹性体的离子电导率（图3），含有7.5 wt%MXene的PIL弹性体在30°C下的离子电导率达到0.044 S/m。利用带电纳米填料与聚电解质主链相互作用可同时提高聚电解质弹性体的力学性能和电导率，这一综合效应使MXene/PIL弹性体有应用于高性能应变传感器和光热材料潜力，特别是由于无溶剂受热挥发问题，可利用MXene的光热效应通过光照辅助进一步提高该材料的离子电导率（图4），进而增强应变传感性能。该工作以“Solvent-Free MXene/Poly(ionic liquid) Composite Elastomers with Simultaneously Improved Mechanical and Electrical Properties for Sensing and Photothermal Applications”为题发表在《Nano Letters》上。文章第一作者是西北工业大学博士生李玉，西北工业大学尹剑波教授和斯德哥尔摩大学袁家寅教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委和Swedish Research Council for Sustainable Development的支持。
图1：（a） MXene/PIL弹性体制备过程示意图；（b）MXene/PIL弹性体的照片；（c）MXene/PIL弹性体的断面SEM图像和相应的Ti元素分布图；（d）MXene/PIL弹性体的XRD图；（e）MXene/PIL弹性体的FT-IR光谱；（f）MXene/PIL弹性体的DSC曲线。
图2:（a）不同MXene含量的MXene/PIL弹性体的应力-应变曲线；（b）拉伸前后M/P-2.5样品的伸长率；（c）不同MXene含量的MXene/PIL弹性体的杨氏模量和断裂能。
图3：（a）30°C下不同MXene含量的MXene/PIL弹性体的阻抗图；（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弹性体的电导率与频率关系图；（g）通过拟合低频准平台区获得的电导率图（虚线是VFT方程拟合结果）；（h）通过拟合高频平台区获得的电导率图（虚线是VFT方程拟合结果）；（i）M/P-10和文献中报道的其他PIL弹性体之间的离子电导率比较。
图4：M/P-7.5样品在不同功率密度的可见光照射下的红外热成像：（a）1000 W/m2，（b）1500 W/m2，和（c）2000 W/m2；（d）在2000 W/m2的可见光照射下，不同MXene含量的MXene/PIL弹性体的温度变化与照射时间关系；（e）M/P-7.5样品在不同功率密度下循环可见光照射下的温度变化；（f）M/P-7.5在2000 W/m2循环可见光照射下的相对电阻变化。
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原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c01601
