这个课题组2023年已发表3篇AM、1篇Nature子刊、1篇ACS Nano

人物简介

武培怡，男，1968年出生，教授，博士生导师，东华大学化学化工与生物工程学院院长。国家杰出青年基金获得者(2004)，英国皇家化学会会士(Fellow of the Royal Society of Chemistry)。

成果集锦

1

人类使用周期性隆起的指尖，通过基于离子的快速和慢速自适应机械转换，精确感知物体的特征。然而，设计具有指尖般触觉能力的人造离子皮肤仍然具有挑战性，因为结构顺从性和压力感测准确性之间存在矛盾(例如，抗拉伸干扰和纹理识别)。受指尖结构和模数对比层次结构的启发，作者推出了一种从非平衡Liesegang图案化过程中生长出来的美学离子皮肤。这种离子皮肤具有嵌入在柔软水凝胶基质中的周期性硬脊，能够实现无应变干扰的摩擦电动态压力传感以及振动触觉纹理识别。通过与另一种压阻离子凝胶耦合，我们进一步制作了一种人工触觉感觉系统，作为一种柔软的机器人皮肤，来模仿手指在抓取动作中同时存在的快速和慢速适应的多模态感觉。作者的方法可能会启发未来在软机器人和修复术中智能应用的高性能离子触觉传感器的设计。

Qiao, H., Sun, S. and Wu, P. (2023), Non-equilibrium-Growing Aesthetic Ionic Skin for Fingertip-Like Strain-Undisturbed Tactile Sensation and Texture Recognition. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2300593. https://doi.org/10.1002/adma.202300593

2

光子离子弹性体(PIEs)能够产生多种信号输出，在柔性交互电子领域引起了人们的兴趣。然而，制造同时具有机械强度、良好的离子导电性和明亮的结构颜色的pie仍然具有挑战性。在这里，作者通过在弹性体中引入锂和氢键的协同效应来打破限制。由于锂离子和聚合物基体中的羰基之间的锂键以及二氧化硅纳米粒子(SiNPs)表面的硅烷醇与聚合物链上的醚基之间的氢键，pie表现出高达4.3 MPa的机械强度和高达8.6 MJ m-3的韧性。同时，由于锂键贡献的离解离子和氢键稳定的非紧密堆积的SiNPs的存在，在机械应变下，PIEs可以实现同步的电学和光学输出。此外，由于其不含液体的性质，馅饼表现出非凡的稳定性和耐用性，可以承受包括高温和低温以及高湿度在内的极端条件。这一工作为构建高性能光子离子导体提供了一条有前途的分子工程途径。

Peng, L., Hou, L. and Wu, P. (2023), Synergetic Lithium and Hydrogen Bonds Endow Liquid-free Photonic Ionic Elastomer with Mechanical Robustness and Electrical/optical Dual-output. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2211342. https://doi.org/10.1002/adma.202211342

3

受脂肪组织二元复合结构启发，本文开发了一种兼有高阻尼、高回弹及自修复性能的离子皮肤材料。作者巧妙地筛选出可自发相分离的粘滞性含氟共聚物这一体系以实现对人体脂肪组织的仿生构筑。其中，短侧基含氟单体（TFEA）聚合后为低Tg聚合物，可产生高效链缠结，而长侧基含氟单体（PFOEA）聚合后可形成刚性侧基的头对头近晶组装，从而产生强分子链摩擦及粘滞阻力。在LiTFSI存在下，二者共聚可发生原位相分离，得到富含PPFOEA的高阻尼纳米相（模拟粘性脂肪细胞）及富含PTFEA的弹性基体（模拟细胞外基质）。与以往离子皮肤主要工作在流变弹性区不同，这一离子皮肤主要工作在流变耗散区（玻璃化转变区），从而在人体运动频率范围（0.1-50 Hz）内产生超高阻尼系数（tan δ均大于 1）。此外，该离子皮肤兼具高拉伸（21倍伸长）、柔性、应变硬化、高力学回弹、室温自修复及完全可回收等优异的综合性能。

Xiang, H., Li, X., Wu, B., Sun, S., Wu, P., Highly Damping and Self-Healable Ionic Elastomer from Dynamic Phase Separation of Sticky Fluorinated Polymers. Adv. Mater. 2023, 35, 2209581. https://doi.org/10.1002/adma.202209581

4

受蜘蛛水相纺丝及蜘蛛丝纳米限域结构启发，本文发展了一种简便、节能的水相提拉纺丝工艺，可在环境条件下连续生产高强韧的水凝胶纤维。水凝胶纤维具有与蜘蛛丝类似的纳米限域复合结构。其中，硬质分散相为聚甲基丙烯酸（PMAA）形成的氢键簇，而软基体相为PMAA与吸湿性阳离子型聚电解质（PDMAEA-Q）的离子复合物。所得水凝胶纤维不仅对缺陷/裂纹完全不敏感，还可在30秒内通过湿气处理迅速愈合裂缝，同时兼具超高阻尼和超收缩特性，在多种性能上可媲美真实蜘蛛丝。

Shi, Y., Wu, B., Sun, S. et al. Aqueous spinning of robust, self-healable, and crack-resistant hydrogel microfibers enabled by hydrogen bond nanoconfinement. Nat Commun 14, 1370 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37036-4

5

本文采用一步光聚合策略，在锂盐（LiFSI）存在下，将4–acryloylmorpholine (ACMO)和1–vinyl-3–ethyl imidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([VEIM][TFSI])单体在1–ethyl-3–methyl imidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMIM][TFSI])离子液体中共聚得到富含锂键作用的聚合物电解质（PAEV）。通过仔细调控PAEV的组成成分的比例，详细研究了该电解质中锂键的形成和配位环境，及其对电解质力学性能和电化学性能的影响。该聚合物电解质中的锂键可由PACMO上的羰基与锂离子的配位数进行调节。然后通过聚 [VEIM][TFSI]离子液体（PIL）、[EMIM][TFSI]离子液体和PACMO上的羰基形成氢键从而对锂键进一步削弱，以改善聚合物电解质中锂离子的配位环境并促进其快速传输。基于PAEV电解质组装的Li/LiFePO4电池在1C电流密度，温度为25℃和50℃时，分别实现了124 mAh g-1和152 mAh g-1的高比容量；组装的Li/Li对称电池在0.3 mA cm–2下运行寿命超过1200 h，展现了良好的枝晶抑制效果。

Modulating the Coordination Environment of Lithium Bonds for High Performance Polymer Electrolyte Batteries ACS Nano 2023, DOI: 10.1021/acsnano.2c11734 https://doi.org/10.1021/acsnano.2c11734