吉林大学刘小孔课题组MRC综述：柔性可拉伸离子导体及其在柔性电子中的应用

摘要：近日，吉林大学刘小孔课题组综述了不同类型的可拉伸离子导体的最新进展及其在柔性电子领域的应用。作者对各类可拉伸离子导体（包括水凝胶、离子凝胶和纯固态离子导电弹性体）的设计、制备、性能及其在实际应用中的优势和局限性进行了系统总结；介绍了柔性可拉伸离子导体在各种柔性电子器件中的应用；展望了可拉伸离子导体的进一步发展及其面临的机遇与挑战。

关键词：离子导体，水凝胶，离子凝胶，弹性体，柔性电子

随着万物互联（IoE）时代的到来，柔性电子快速发展，未来的柔性电子器件将像人类皮肤一样具有柔韧性、可拉伸性与弹性。柔性的可拉伸导电材料是柔性电子器件中必不可少的重要组件。根据导电原理的不同，导电材料可分为电子导体（如金属）与离子导体（如电解质溶液）。柔性可拉伸的电子导体可通过可拉伸的基底材料（如弹性体）与电子导体（如金属、导电高分子、碳纳米管等）的结合构筑而成。然而，可拉伸电子导体在大变形情况下容易发生基底材料与电子导体的分离以及电子导体的断裂，进而导致导电功能的退化及丧失。柔性可拉伸的离子导体可通过在可拉伸的聚合物网络中引入可移动的离子构筑而成。因此，相对于柔性电子导体，柔性可拉伸的离子导体具有本征可拉伸性，能够满足大形变与大倍率拉伸的要求。同时，大多数的电子导体因添加了导电材料往往表现为深色或不透明，而离子导体则易于实现高透明度，允许在不阻碍光信号的情况下传输电信号，扩大了其在智能设备领域中的应用。因此，柔性可拉伸离子导体是发展柔性电子器件不可或缺的重要材料基础。近十年来，柔性可拉伸离子导体的研究得到了蓬勃发展，人们基于水凝胶，离子凝胶和纯固态离子导电弹性体构筑了多种多样的柔性可拉伸离子导体，并基于柔性可拉伸离子导体构建和开发了丰富多样、功能各异的柔性电子设备（如电致驱动器、柔性传感与离子皮肤器件、柔性电致发光器件等），推动了万物互联时代的发展。

在该综述中，作者从柔性可拉伸离子导体材料的设计、制备、性能和应用的角度出发，系统地总结了不同类型的可拉伸离子导体的最新研究进展，并对可拉伸离子导体的进一步发展及其面临的机遇与挑战进行了讨论。水凝胶是最早被用作可拉伸离子导体的材料，掀起了可拉伸离子导体的研究热潮。然而，水凝胶不可克服的失水干燥问题严重阻碍了水凝胶离子导体材料的实际应用。为了避免水凝胶的失水问题，基于离子凝胶的可拉伸离子导体继而得到了广泛的研究。相比于水凝胶，基于离子凝胶的可拉伸离子导体具有优异的环境稳定性和热稳定性，有利于柔性电子器件的长期长循环服役。然而，离子凝胶面临离子液体从凝胶中泄露的问题，特别是当凝胶服役过程中发生拉伸和压缩变形时这一问题尤为显著。而人们高度关注的离子液体的毒性和生物安全性尚未有定论。近年来，纯固态离子导电弹性体因具有更加优异的稳定性受到了越来越多的关注，但相关研究尚处于起步阶段，仍亟需发展兼具高离子电导率和高力学强度的纯固态离子导电弹性体。同时，作者指出，除了开发新型柔性可拉伸离子导体材料外，离子导体和电子元件之间的稳定互连、离子导体的透气性、加工性和加工技术在柔性可拉伸离子导体的未来发展中也应予以重视。

WILEY

论文信息：

Stretchable Ionic Conductors for Soft Electronics

Wenwen Niu and Xiaokong Liu*

Macromolecular Rapid Communications

DOI: 10.1002/marc.202200512

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