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北京林業(yè)大學(xué)楊俊 AFM：堅韌、粘附、自修復(fù)的無溶劑離子彈性體用于柔性離子器件

2023-10-25 來源：高分子科技

聚低共熔溶劑(PDES)作為一種新興的無溶劑離子導(dǎo)電彈性體，被認(rèn)為是新一代離子器件中性能卓越的候選者。然而，如何將高離子電導(dǎo)率、優(yōu)異的機械性能、良好的自愈能力和強大的粘附力整合到單一器件中，以滿足各種場景中離子電子器件的嚴(yán)格要求，仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

北京林業(yè)大學(xué)楊俊/許鳳等人通過將單寧酸涂覆的纖維素納米晶體(TA@CNC)作為多功能氫鍵供體與聚丙烯酸(氫鍵供體)和氯化膽堿(氫鍵受體)結(jié)合，通過多重氫鍵形成動態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了無溶劑離子彈性體。TA@CNC繼承了CNC結(jié)晶區(qū)域的剛性，提升了離子彈性體的力學(xué)性能；另一方面，TA@CNC表面的兒茶酚基團和羥基可以與PAA和ChCl形成多個氫鍵，為能量耗散提供了密集的氫鍵動態(tài)網(wǎng)絡(luò)。此外，TA@CNC表面的兒茶酚基團也被發(fā)現(xiàn)在ACTC彈性體的粘附性能中起關(guān)鍵作用。該離子彈性體具有高離子電導(dǎo)率(≈0.38 S m^-1)、良好的光學(xué)透明度、優(yōu)異的力學(xué)性能(拉伸強度196 ~ 496 kPa，應(yīng)變1350% ~ 2400%)、強自粘性和良好的自修復(fù)性能以及在寬溫度范圍(- 40 ~ 60 ℃)內(nèi)穩(wěn)定的電學(xué)性能。得益于上述集成特性，利用該離子彈性體作為電阻傳感模塊構(gòu)建可穿戴傳感器，即使在離軸變形(扭轉(zhuǎn)和刺破)以及損傷修復(fù)后仍然能具備穩(wěn)定的傳感性能。此外，還開發(fā)了能夠穩(wěn)定檢測壓力分布的電容式壓力傳感器，為離子器件的發(fā)展提供了新的研究內(nèi)容。

圖1. ACTC離子彈性體的合成、性能和應(yīng)用示意圖

圖2. ACTC離子彈性體力學(xué)性能

圖3. ACTC離子彈性體良好的電學(xué)/力學(xué)修復(fù)性能

圖4. ACTC離子彈性體強大的粘附性能

圖5. ACTC離子彈性體穩(wěn)定的應(yīng)變傳感特性

圖6. 基于ACTC離子彈性體的超電容壓力傳感器

上述工作以“Tough Liquid-Free Ionic Conductive Elastomers with Robust Adhesion and Self-Healing Properties for Ionotronic Devices”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。楊俊課題組碩士畢業(yè)生張欣瑞為第一作者，該研究得到北京林業(yè)大學(xué)熱點追蹤項目資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202307400

楊俊課題組目前主要從事天然高分子凝膠材料在柔性傳感器件方面的研究，歡迎感興趣的2024級博士生和碩士生加入，有意者請聯(lián)系yangjun11@bjfu.edu.cn。期待與您共同進(jìn)步！

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（責(zé)任編輯：xu）

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