与传统的水凝胶和离子液体凝胶相比，离子导电共晶凝胶具有耐温、成本低、生物相容性好等优点，在可穿戴应力/压力传感器和生物电极方面显示出巨大潜力。然而，目前由交联聚合物制备的共晶凝胶具有较差的自修复性能和表面自适应粘合力不足等问题。鉴于此，2022年7月2日郑州轻工业大学张晓静教授课题组首次强调了含有氢键受体基团的单体的潜力，通过在低共熔溶剂（DESs）中聚合N-乙烯基咪唑，制备了一类新型的聚合物基共晶凝胶。由于聚合物中的氢键受体基团可以与DESs形成氢键网络，从而赋予共晶凝胶高拉伸性（～ 2300% 伸长率）、自愈能力和粘附性。由于低共熔溶剂的独特性能，这些共晶凝胶还表现出高离子电导率和防冻/防干燥性能。此外，成功地制造了基于聚合物基共晶凝胶的柔性应变传感器，可在宽温度范围（-30 至 60°C）下准确监测人体各种物理信号。
相关研究成果以“Highly Stretchable, self-healing, and adhesive polymeric eutectogel enabled by hydrogen-bond networks for wearable strain sensor”发表在《Chemical Engineering Journal》上，郑州轻工业大学樊凯奇博士为第一作者，郑州轻工业大学张晓静教授为通讯作者。
图 1. a) 单体、交联剂、引发剂、DESs的化学结构式。b）四种共晶凝胶的拉伸应力-应变曲线。c) 四种共晶凝胶的拉伸模量和韧性值。d）不同MBA含量的共晶凝胶的拉伸应力-应变曲线。e) 不同 MBA 含量的共晶凝胶的拉伸模量和韧性。f）四种共晶凝胶在室温下的 EIS谱。g) 四种共晶凝胶的电导率。
图 2. a) 聚合物基共晶凝胶（PVI-ChCl-Gly）的自愈合实物照片。b) PVI-ChCl-Gly 的流变测试。c) 自愈合前后共晶凝胶的拉伸应力-应变曲线。d) 四种共晶凝胶的自愈合效率。
图 3. a) PVI 聚合物、PVI-DES 和 DES 的 FT-IR 光谱。b) PVI-DES 和 ChCl-Gly 的分子动力学模拟结果。c)径向分布函数 g(r)。d) 自愈机制示意图。
图 4. a) 不同应变下PVI-ChCl-Gly的拉伸应力-应变曲线。b) 400%应变下的连续循环加载曲线。c) 在不同温度下储存12h后的拉伸应力-应变曲线。d) PVI-ChCl-Gly在25℃至110℃温度下的流变测试。e) 不同温度下PVI-ChCl-Gly的质量变化。f) PVI-ChCl-Gly与ChCl-Gly的DSC图。
图 5. a) PVI-ChCl-Gly粘附在不同基材上的照片。b) 随皮肤的变形图。c) 凝胶附着在皮肤上12小时和去除凝胶后皮肤的照片。d) PVI-ChCl-Gly在各种基材上的粘附强度。
图 6. a) PVI-ChCl-Gly相对电阻率随应变的变化规律。 b-c) PVI-ChCl-Gly在各种应变下循环拉伸的相对电阻变化。d) PVI-ChCl-Gly在不同周期下的相对电阻变化。e) 100%应变反复卸载下的相对电阻变化。f) 自愈过程对相对电阻变化的影响。
图 7. a) PVI-ChCl-Gly在不同弯曲角度（0°、30°、60°、90°）下的相对电阻变化。b) 不同频率下手指运动的相对电阻变化。手腕(c)和肘部(d)的相对电阻变化。(e-f) -30 ℃和60 ℃的相对电阻变化。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137878
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