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北京林業大學楊俊 AFM：堅韌、粘附、自修復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電彈性體，被認為是新一代離子器件中性能卓越的候選者。然而，如何將高離子電導率、優異的機械性能、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格要求，仍然是一個巨大的挑戰。

北京林業大學楊俊/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)結合，通過多重氫鍵形成動態交聯網絡，構建了無溶劑離子彈性體。TA@CNC繼承了CNC結晶區域的剛性，提升了離子彈性體的力學性能；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網絡。此外，TA@CNC表面的兒茶酚基團也被發現在ACTC彈性體的粘附性能中起關鍵作用。該離子彈性體具有高離子電導率(≈0.38 S m^-1)、良好的光學透明度、優異的力學性能(拉伸強度196 ~ 496 kPa，應變1350% ~ 2400%)、強自粘性和良好的自修復性能以及在寬溫度范圍(- 40 ~ 60 ℃)內穩定的電學性能。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建可穿戴傳感器，即使在離軸變形(扭轉和刺破)以及損傷修復后仍然能具備穩定的傳感性能。此外，還開發了能夠穩定檢測壓力分布的電容式壓力傳感器，為離子器件的發展提供了新的研究內容。

圖1. ACTC離子彈性體的合成、性能和應用示意圖

圖2. ACTC離子彈性體力學性能

圖3. ACTC離子彈性體良好的電學/力學修復性能

圖4. ACTC離子彈性體強大的粘附性能

圖5. ACTC離子彈性體穩定的應變傳感特性

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”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。楊俊課題組碩士畢業生張欣瑞為第一作者，該研究得到北京林業大學熱點追蹤項目資助。

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，有意者請聯系yangjun11@bjfu.edu.cn。期待與您共同進步！

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（責任編輯：xu）

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