港中深朱世平和张祺团队 CEJ：双网络结构与离子-偶极作用协同增强离子凝胶力学性能

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离子凝胶以所包裹的离子液体作为导电介质，可有效解决离子导电水凝胶或有机凝胶材料中溶剂挥发而导致性能不稳定的问题。为了达到高电导率通常需要加入高含量的离子液体，然而，离子液体对聚合物网络体系有塑化作用，进一步会降低凝胶的力学性能。因此，高强度、优异拉伸性以及高电导率同时在同一离子凝胶中实现，仍存在较大挑战。

近日，香港中文大学（深圳）理工学院朱世平和张祺团队利用双网络结构和离子-偶极作用协同增强离子凝胶力学性能，同时使凝胶保留良好的电导率，可用于电致发光及可穿戴传感器等离子器件领域。该工作以“Enhanced Stretchability and Robustness towards Flexible Ionotronics via Double-network Structure and Ion-dipole Interactions”为题发表在《Chemical Engineering Journal》期刊上。

在该研究中，作者采用光聚合获得交联六氟丁基丙烯酸酯与丙烯酸甲酯的共聚物P(MA-co-HFBA)为基体材料，通过聚合-溶胀-聚合-离子液体浸泡的方法构筑双网络离子凝胶。其中，聚合物侧链上的—CF₃偶极与离子液体EMITFSI中的咪唑阳离子发生离子-偶极相互作用，不仅有助于网络内形成物理交联点，也使得两层网络间产生相互作用（图1）。作者通过调控交联密度和离子液体含量来研究体系组分对力学性能和电化学性能的影响，发现离子液体含量对力学性能的影响并不像交联密度那样往单一的方向改变，而是在30%含量的时候拉伸性能达到最优且拉伸强度无明显下降；同时，DSC数据表明20-40%离子液体含量对玻璃化转变温度的影响较小，佐证了力学强度在该区间变化较小。这些性能调控的表现可以归因为离子液体的增塑作用、双网络结构、网络内和网络间离子偶极作用、以及聚合物固含量的总体影响结果，但在不同的离子液体含量下，占主导作用的因素随之改变。

图1. 离子凝胶组成示意图，应力-应变曲线，电导率-离子液体含量变化曲线。

另外，30%离子液体含量的凝胶不仅表现出优异的力学性能（5.6 MPa， 784%），而且电导率达到10^-5 S cm^-1水平，同时具有长期存储、多次重复使用等稳定性。优异的综合性能下，该离子凝胶可用于电致发光和可穿戴传感器等器件应用（图2，图3）。

图2. 离子凝胶用作电致发光器件导电层。

图3. 离子凝胶用作电阻型传感器。

文章第一作者为香港中文大学（深圳）理工学院博士后邱文莲博士，共同作者为博士生陈国庆和朱贺助理教授，通讯作者为香港中文大学（深圳）理工学院朱世平教授和张祺助理教授。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722002595 

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