天津大学姜忠义教授、吴洪教授在离子传导膜上取得新进展
离子导体在传感器、超级电容器、电池等电化学装置中起着关键作用，特别是近年来，柔性、透明离子导体的开发为新型柔性电子领域提供了更广阔的发展机会，如柔性离子触摸屏可更好地实现人机交互。目前，柔性且透明离子导体大部分是基于聚合物的复合材料。常用制备方法是将电解质（盐、离子液体等）嵌入透明聚合物基质中，形成离子导电水凝胶或有机离子凝胶，这些离子导电复合物同时具有离子传导、柔性和高透明特性，已应用到新兴的离子电子器件中，如透明人造皮肤、摩擦发电机、软体机器人和传感器等。一般来讲，离子导体的离子传导率越高，器件灵敏度越高，响应越快，重量越轻。但，此类离子导体由于缺乏长程有序离子通道，其传导率通常低于10-2 S cm-1，并存在电解质泄漏和稳定性问题，阻碍了其广泛应用。
图1. 蛭石纳米片及柔性、透明离子传导膜
针对上述问题，该团队采用具有本征离子传导能力的二维纳米黏土（nanoclays of intrinsic conductivity, NICs）作为离子通道构筑单元，制备了柔性、透明的本征离子传导膜。NIC是一种天然存在的层状硅酸盐，通常具有一定荷电性，如带正电的层状双氢氧化物和带负电的蒙脱石、蛭石、云母等）；具有良好的化学稳定性和热稳定性，同时二维片层结构使其易于组装成具有规整层状结构的柔性薄膜。层间纳米通道中的平衡离子可赋予NICs薄膜本征离子传导特性，二维片层间又可构建长程有序离子通道，实现离子高效传导。所制备的蛭石薄膜具有优异的柔韧性和高透明度（> 90％），且具有高达0.45 S cm-1的超高离子传导率。此外，蛭石的无机属性和独特结构赋予了薄膜优异的稳定性。该蛭石薄膜用于离子触摸屏，成功实现了即时人机交互，可实时完成图形绘制、文字输入等操作。这项研究工作为高性能透明离子传导膜的设计和制备提供了一种新的策略和材料。
图2. 即时人机交互：图形绘制、文字输入
相关工作发表在Journal of Materials Chemistry A, 2019, DOI: 10.1039/C9TA09140H上。论文第一作者是天津大学化工学院博士生曹利，目前为沙特国王科技大学（King Abdullah University of Science and Technology, KAUST）先进膜和多孔材料中心博士后研究员。通讯作者为天津大学吴洪教授和姜忠义教授。
论文链接：
https://doi.org/10.1039/C9TA09140H
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