隨著社會和工業的快速發展，能源消耗急劇增加。其中，在歐美國家，建筑能耗占據總能耗的40%。熱致變色智能窗戶的制備為降低建筑能耗提供了行之有效的解決方法。然而，傳統的熱致變色材料具有透明度低，太陽調制能力差，環境穩定性差等缺點，限制了它們在智能窗戶中的實際應用。近年來，基于離子液體和聚合物之間的混溶性可以受到外界環境刺激（例如，光和熱）而發生宏觀相分離的離子凝膠材料，在熱致變色智能窗戶方面顯示出了巨大的應用前景。這種基于離子凝膠的熱致變色材料具有優異的高低溫環境熱穩定性和可重復的調制能力。然而，離子凝膠在長期使用中不可避免的會發生機械損傷，導致其結構完整性的破壞和熱致變色功能的下降甚至是喪失，從而造成其使用壽命縮短。因此，通過超分子作用力的構筑來制備機械和環境穩定的自修復熱致變色離子凝膠具有重要意義。
吉林大學化學學院超分子結構與材料國家重點實驗室李洋副教授課題組長期從事功能化自修復離子凝膠的研究。致力于通過超分子作用力來制備兼具自修復性能與機械性能的離子凝膠并應用于柔性電子器件，氣體分離，以及智能顯示材料中。近年來，該課題組在自修復離子凝膠以及功能化方面取得了一些進展：（1）制備了具有高機械強度與高離子電導率的自修復離子凝膠用于應變傳感器(ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 57477-57485)；（2）制備高強度自修復離子凝膠用于制備高機械性和環境穩定性的納米摩擦發電機(Nano Energy 2021, 90, 106645)；（3）制備了室溫自修復離子凝膠用于高效穩定的CO2分離 (J. Mater. Chem. A 2022, 10, 4695–4702)；谠谥苽涔δ芑孕迯碗x子凝膠材料方面的寶貴經驗，近期該課題組設計并制備了一種基于多重氫鍵的高強度自修復熱致變色離子凝膠，并用于制備機械和環境穩定的，且具有高太陽調制能力和防霧能力的智能窗戶。
通過優化SPUx組成，離子液體含量以及二元離子液體之間的比例，作者選擇了具有平衡的機械強度以及適合智能窗戶應用的轉變溫度的SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠作為研究對象進行表征。該SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠具有5.59 MPa的高機械強度，95.1%的光學透光率(Tlum)以及83%的太陽調制能力(ΔTsol)。
如圖3所示，聚合物鏈段良好的運動性和氫鍵交聯的可逆性，該離子凝膠具有良好自修復能力和重塑能力。切斷和劃傷后的SPUx/30%IL0.5離子凝膠在室溫條件下經過36 h的修復后，即可實現機械性能以及透明性的恢復。此外，切碎的SPUx/30%IL0.5離子凝膠在室溫2 MPa的壓力條件即可能夠再加工成完整的離子凝膠。
圖3.(a) (1)切斷的SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠，(2)在室溫下修復36 h后的離子凝膠，(3)用于舉起2 kg重物的離子凝膠的照片。(b)離子凝膠修復過程的示意圖。(c) SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠修復不同時間的應力-應變曲線。(d) SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠在不同切斷修復周期后的修復效率變化。(e)劃傷的SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠在玻璃上(1)修復前和(2)修復36 h后的照片。(f) (e)中劃傷的SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠經過不同時間修復后的透過率光譜。(g) (e)中SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠修復不同時間后的切口光學顯微鏡圖像。(h) SPU1.2/30%IL0.5離子凝膠(1)被切成小塊(2)再加工成完整的離子凝膠的照片。
相關成果以Self-Adhesive Self-Healing Thermochromic Ionogels for Smart Windows with Excellent Environmental and Mechanical Stability, Solar Modulation and Antifogging Capabilities.為題發表在《Advanced Materials》。(DOI: 10.1002/adma.202211456)。吉林大學超分子結構與材料國家重點實驗室為第一單位，吉林大學化學學院碩士研究生李冰為論文的第一作者，李洋副教授為論文的獨立通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202211456
- 中科院蘭州化物所王曉龍團隊 Nat. Commun.：熒光水凝膠設計新策略 - 多重氫鍵誘導的非傳統紅色熒光水凝膠 2024-04-28
- 林化所劉鶴研究員團隊、南林徐徐教授團隊 Chem. Eng. J.：基于多重氫鍵的抗溶脹導電水凝膠應用于柔性傳感器 原創 老酒高分子 高分子科技 2023-12-28 12:28 發表于遼寧 2023-12-28
- 華南理工何明輝和華中大蘇彬: 含多重氫鍵的自修復透明導電彈性體 2020-03-26
- 武漢大學陳朝吉、高恩來/林科院林化所劉鶴 AFM：二氧化碳衍生多功能生物基非異氰酸酯聚氨酯助力紙張轉化為紙塑 2025-06-30
- 廣西大學趙輝課題組 CEJ 綜述：高強度自修復高分子材料的研究進展 - 機械強度與修復效率的平衡 2025-06-12
- 西南林大杜官本院士、楊龍研究員團隊 CEJ：兼具高強度、優異阻燃性和尺寸穩定的多功能竹基復合材料 2025-05-20
- 西南大學甘霖/黃進團隊 AFM: 在動態共軛結構調控的雙色室溫磷光自修復彈性體構建及其光學加密防偽應用取得新進展 2025-06-25
