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目前最堅韌、可拉伸離子凝膠：新型可變形液體材料
2022年02月23日 13:06:22
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：6734
最新一期《自然·材料》報道，西安交通大學胡建教授課題組聯合北卡羅來納州立大學Michael D. Dickey教授團隊通過在離子液體中無規共聚兩種具有不同溶解度的單體，原位產生相分離的彈性和剛性域，從而獲得了超堅韌和可拉伸液體離子凝膠。
【化工儀器網 項目成果】離子凝膠是一種具有離子導電性的固態混合物，通常是由高分子有機聚合物和可電解為離子的鹽類電解質材料混合而成，由于其聚合物分子鏈相互鏈接或纏繞，使之形成空間網狀結構，結構縫隙中充滿了作為分散介質的陰陽離子，與傳統凝膠的結構相似，因此被稱之為“離子凝膠”。離子凝膠其自身具有非常好的柔性和對對溶液法的兼容性，所以離子凝膠OTFT在柔性電子應用中具有非常廣闊的前景。 
圖片來源：卡羅來納州立大學
水凝膠是一種相當普遍的含水聚合物網絡，可以容納大量液體，而不會失去其結構完整性——這種特性使它們在嬰兒尿布、隱形眼鏡等產品中非常有用。與傳統的水凝膠相比，離子凝膠具有高熱穩定性、高離子電導率、電化學穩定性和非揮發性等優點，有望取代水凝膠應用于驅動器、傳感器、可穿戴電子設備和儲能設備等領域。
最新一期《自然·材料》報道，西安交通大學胡建教授課題組聯合北卡羅來納州立大學Michael D. Dickey教授團隊通過在離子液體中無規共聚兩種具有不同溶解度的單體，原位產生相分離的彈性和剛性域，從而獲得了接近70%的超堅韌和可拉伸液體離子凝膠。這種離子凝膠打破了以往的機械性能較差、低斷裂強度、低韌性和低模量的局限，如今新獲得的離子凝膠，不僅具有超高斷裂強度、斷裂能和楊氏模量，同時還表現出高度可拉伸性，并具有良好的自恢復性和出色的形狀記憶特性。
為了制造新材料，研究人員從聚丙烯酸(用于尿布的水凝膠)和聚丙烯酰胺(隱形眼鏡中使用的水凝膠)開始，將它們放在離子液體溶液中，并暴露在紫外線下。由此產生的共聚物不僅融合了兩種單體，還融合了它們被淹沒的離子液體。
“這就像添加1+1=10。由此產生的凝膠具有聚丙烯酸的拉伸性，甚至比聚丙烯酰胺更強。就韌性而言，它比軟骨好。”Dickey說，“最終結果明顯優于這兩種材料的平均值。”
這種離子凝膠的自愈和形狀記憶特性表現在，當暴露于高溫下時，兩片離子凝膠能夠粘合成一塊無縫的膠片。同樣，在受熱時，臨時變為新形狀的離子凝膠可以恢復到原來的形狀。材料愈合或返回初始形狀的速度可以通過溫度控制，當加熱到60°C時，只需數十秒即可完成這些令人印象深刻的壯舉。
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