全固态离子导电弹性体（ICEs）因其无溶剂特性克服了传统凝胶型离子导体易出现的液相蒸发、冻结与泄漏等问题，成为柔性电子材料领域的研究重点之一。然而，现有ICEs 仍存在明显性能缺陷，如拉伸强度低、断裂韧性低和残余应变大。如何实现多种优异性能的均衡集成以及多场景应用，是该材料发展的核心挑战。
近日，广西大学黄柏团队针对以上问题提出创新解决方案：开发了一种基于丙烯酰氧乙基三甲基铵双(三氟甲磺酰)亚胺([ATAC][TFSI])的PILEs合成新策略。引入兼容性丙烯酸酯单体，构建了稳定的“刚柔并济”交联网络。游离阴离子TFSI⁻在赋予体系电导率的同时，与聚阳离子主链形成动态可逆的静电相互作用，从而实现高效均匀的能量耗散。材料内部强化的疏水相互作用，进一步赋予其优异的抗环境干扰能力，有效屏蔽了温度与水分子对材料性能的不利影响，从而实现了离子导电弹性体在多场景的传感应用。
2025年10月10日，该成果以“All-Solid-State Hydrophobic Ionic-Conductor with Large Strain Self-Recovery and High Toughness for Multi-Scenario Sensing Applications”为题发表于《Advanced Functional Materials》上，2023级硕士研究生刘超凡为第一作者，黄柏助理教授为通讯作者。
1. PILEs 的设计机理及潜在应用示意图
2. PILEs的表征
通过精准调控单体比例，成功实现了玻璃化转变温度的宽域调控（-27.3~23.1 ℃），并证实无相分离的均一结构（透光率93%）与典型粘弹性。多种光谱分析则共同证实了聚合完全，并揭示了静电相互作用对稳定材料结构的关键贡献。
3. 机械和电气性能
该材料展现出突出的机械性能：可调机械强度（应力范围0.41-8.05 MPa)、高拉伸性能（最大断裂伸长率820.4%）以及显著韧性（最大韧性值27.53 MJ/m³）。基于可逆的静电相互作用机制，材料显示出优异的能量耗散与快速应变自恢复特性。即使承受400%的大应变，3 min 后的耗散能量恢复率仍达 91.31%；经历多次循环加载后仍保持81%的应力保留率，表现出良好的抗疲劳性能。离子电导率在85℃时可达8.2×10⁻³ S/m，且长期稳定。基于上述性能的优异平衡，AT-80%被选定为柔性传感领域的理想候选材料。
4. 环境稳定性
材料表现出面向严苛环境的综合稳定性：具备卓越的疏水/耐溶剂性，经海水环境浸泡长达10天仍保留约75%的原始应力；热分解温度 > 300 ℃，在极端高低温条件下均能维持优异的力学性能。这些特性共同构成了其在复杂条件下稳定工作的核心优势。
5. 人体运动检测
基于宽范围（0-600%应变）、高灵敏（GF最高1.34）、快速响应（331 ms）及出色的耐用性等特性，AT-80%可穿戴应变传感器可监测区分人体关节运动模式，甚至灵敏捕捉吞咽、皱眉等细微生理变化，在情绪识别与手写轨迹追踪中也具备应用潜力。
6. 水下通信和运动检测
基于摩尔斯电码的水下通信机制，AT-80%传感器允许潜水员通过特定手势实时发送“SOS”等紧急信号，为安全保障提供了直接手段。同时，在模拟测试中，它能持续追踪潜水员膝、肘等关节动作，准确识别蛙泳等不同潜水姿态，实现运动状态的实时监控。进一步地，安装于海洋动物模型（如鲨鱼尾部）可精准分析其游动模式乃至离水时刻。
7. 湿度传感
在宽湿度范围内（33%–83%）表现出快速响应（496 ms/661 ms）及高线性度（R²=0.97）。高湿环境下导电性提升的特性源于表面亲水基团与水分子形成液态水层促进质子解离与迁移。多次循环与形变后依然稳健可靠，可准确捕捉并响应呼吸、咳嗽语音等信号，在健康监测管理领域潜力显著。
该论文得到了广西自然科学基金项目（2024GXNSFBA010114）、广西科技计划项目（GuiKe AD23026148）、广西自治区青苗计划项目（ZX02080030424009）和广西大学科研启动项目的资助。
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202522963
相关进展
广西大学徐传辉教授/黄柏助理教授 Small：疏水改性真黑色素提升分散性构建的高光热相变橡胶复合材料
广西大学黄柏团队 Nano Energy：基于纳米纤维素的无液体、坚韧和透明离子导电弹性体 - 用于多功能传感器和摩擦纳米发电机
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