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浙工大刘善秋 AFM：具有高弹性和快速回弹能力的多功能可拉伸硫辛酸基导电弹性体

高分子科技

2024-07-12

导读：离子凝胶具有优异的力学性能，自愈合性能，稳定的传感性能，较强的粘附性能...

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近年来，导电离子凝胶面临回收简便性与快速回弹性的双重挑战，弹性回复率与回弹速度为评价复合材料实用性的核心指标。高弹性回复确保材料承受大变形而不永久变形，利于可穿戴电子等应用。尽管需求明确，但实现高弹性回复、快速回弹与电响应的平衡颇具难度。高弹性倾向降低电导率，因应变易损电路；快速回弹或致电路恢复不全，影响电性能。因此，设计兼具高弹、快回弹特性的导电材料，且使其电性在快速、大幅应变下迅速且线性响应，成为研究热点，挑战犹存。

近期，浙江工业大学刘善秋教授团队通过天然生物质小分子硫辛酸 (LA) 与N-羟甲基丙烯酰胺 (HMA) 的组合，辅以离子液体1-乙基-3-甲基咪唑乙基硫酸盐 ([EMI][ES])，成功制备出一系列高回弹可回收透明离子凝胶（图1），所得到的离子凝胶具有优异的力学性能，自愈合性能，稳定的传感性能，较强的粘附性能并可通过简单的一步法进行回收并重复利用。

图1 离子凝胶的设计与制备

在本研究中，采用双键稳定的HMA来巩固硫辛酸主链结构，有效抑制了解聚现象，同时，HMA引入的丰富高密度氢键不仅显著增强了硫辛酸离子凝胶的力学韧性和快速回弹性（<0.5 s），也赋予了其对多种基材的卓越粘附能力（最大可达5.7 MPa）。尤为重要的是，主链中遍布的可逆二硫键设计极大提升了离子凝胶的自修复能力，允许材料在受损后自行恢复（最大可达92%），且通过简便的一步熔融处理即可实现材料的循环再生利用。此外，得益于LA与HMA侧链与选用的离子液体[EMI][ES]之间存在的强烈相互作用，所制备的离子凝胶展现出优越的传感性能，包括高灵敏度和稳定性，对机械应变及温度波动均能迅速且稳定地响应，彰显了其在柔性传感器和自修复材料领域的广泛应用潜力。

图2 离子凝胶的光学与力学性能

图3 离子凝胶的传感性能

图4 离子凝胶的自愈合性能

图5 离子凝胶的粘附性能

图6 离子凝胶的重复使用

相关工作以“Versatile Stretchable Conductor with Exceptional Resilience and Rapid Rebound Capabilities: Toward Sustainable and Damage-Resistant Soft Electronics”为题发表在 《Advanced Functional Materials》上，该工作得到了国家自然科学基金的支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202313397

西安交大张晓慧/刘明 Mater. Horiz.：基于高熵拓扑和多价离子-偶极子的超拉伸性、韧性和增强导电性全固态离子导电弹性体

福州大学吕晓林 AFM：基于高缠结网络和金属-氧相互作用的应变硬化离子导电弹性体

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