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目前最坚韧、可拉伸离子凝胶：新型可变形液体材料
2022年02月23日 13:06:22
来源：化工仪器网 作者：羊舌木 点击量：6792
最新一期《自然·材料》报道，西安交通大学胡建教授课题组联合北卡罗来纳州立大学Michael D. Dickey教授团队通过在离子液体中无规共聚两种具有不同溶解度的单体，原位产生相分离的弹性和刚性域，从而获得了超坚韧和可拉伸液体离子凝胶。
【化工仪器网 项目成果】离子凝胶是一种具有离子导电性的固态混合物，通常是由高分子有机聚合物和可电解为离子的盐类电解质材料混合而成，由于其聚合物分子链相互链接或缠绕，使之形成空间网状结构，结构缝隙中充满了作为分散介质的阴阳离子，与传统凝胶的结构相似，因此被称之为“离子凝胶”。离子凝胶其自身具有非常好的柔性和对对溶液法的兼容性，所以离子凝胶OTFT在柔性电子应用中具有非常广阔的前景。 
图片来源：卡罗来纳州立大学
水凝胶是一种相当普遍的含水聚合物网络，可以容纳大量液体，而不会失去其结构完整性——这种特性使它们在婴儿尿布、隐形眼镜等产品中非常有用。与传统的水凝胶相比，离子凝胶具有高热稳定性、高离子电导率、电化学稳定性和非挥发性等优点，有望取代水凝胶应用于驱动器、传感器、可穿戴电子设备和储能设备等领域。
最新一期《自然·材料》报道，西安交通大学胡建教授课题组联合北卡罗来纳州立大学Michael D. Dickey教授团队通过在离子液体中无规共聚两种具有不同溶解度的单体，原位产生相分离的弹性和刚性域，从而获得了接近70%的超坚韧和可拉伸液体离子凝胶。这种离子凝胶打破了以往的机械性能较差、低断裂强度、低韧性和低模量的局限，如今新获得的离子凝胶，不仅具有超高断裂强度、断裂能和杨氏模量，同时还表现出高度可拉伸性，并具有良好的自恢复性和出色的形状记忆特性。
为了制造新材料，研究人员从聚丙烯酸(用于尿布的水凝胶)和聚丙烯酰胺(隐形眼镜中使用的水凝胶)开始，将它们放在离子液体溶液中，并暴露在紫外线下。由此产生的共聚物不仅融合了两种单体，还融合了它们被淹没的离子液体。
“这就像添加1+1=10。由此产生的凝胶具有聚丙烯酸的拉伸性，甚至比聚丙烯酰胺更强。就韧性而言，它比软骨好。”Dickey说，“最终结果明显优于这两种材料的平均值。”
这种离子凝胶的自愈和形状记忆特性表现在，当暴露于高温下时，两片离子凝胶能够粘合成一块无缝的胶片。同样，在受热时，临时变为新形状的离子凝胶可以恢复到原来的形状。材料愈合或返回初始形状的速度可以通过温度控制，当加热到60°C时，只需数十秒即可完成这些令人印象深刻的壮举。
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