中科大AFM：安全监测！又硬又韧的仿生离子凝胶

第一作者：Jingwen Wang

通讯作者：胡源、宋磊、朱纪欣

通讯单位：中国科学技术大学

背景介绍

柔性导电材料的兴起极大地促进了人机交互、健康监测、智能传感等领域的快速发展。包括离子凝胶和水凝胶在内的各种离子导电凝胶基材料已被用于开发柔性传感器。水凝胶因其可调节的机械性能和拉伸性而受到越来越多的研究，然而，它们的实际应用受到环境稳定性差的限制。与水凝胶相比，离子凝胶具有阻燃性、非挥发性以及化学、热和电化学稳定性，在传感、能量存储与转化方面显示出良好的潜力。然而，大多数离子凝胶的机械性能较差，例如杨氏模量小（<1 MPa）、韧性低（<1 MJ /m3）和拉伸强度低（<1 MPa）。因此，迫切需要一种制备具有优异力学性能的离子凝胶的简单方法，以拓宽其应用范围。

本文要点

该工作报道了一种通过改变聚合物凝聚态结构以形成柔性-刚性二元限域空间来调节离子凝胶分子构象的策略：第一种聚合物在离子液体（ILs）的强约束下表现出柔性网络拓扑结构，而第二种聚合物由于与ILs的弱相互作用而表现出刚性网络拓扑结构。

基于该策略，该工作制备的离子凝胶具有较高的拉伸强度（>17 MPa）、韧性（>MJ /m3），同时具有高度可拉伸性（∼300% 应变）、高度透明性（>90%），并具有可设计的形状记忆特性。所获得的离子凝胶进一步被用作制造具有卓越信号质量和机械耐久性的无线传感电子器件，用于健康监测和应急响应。

图文解析

要点：

1.      图1展示了该二元空间限域策略制备仿生离子凝胶结构示意图。

要点：

1.      图2对该凝胶的微观结构进行了表征。

要点：

1.      图3通过计算模拟的方式讨论了该策略的增强机制。

要点：

1.      图4测试对比了该离子凝胶的机械性能。

要点：

1.      图5测试了该凝胶的电学和热学性能。

要点：

1.      最后，该工作设计了一个可穿戴的多模态监测系统，可用于检测温度、手腕脉冲和运动信号。由于其稳定的机械和热学性能，其不仅可以监测消防员的生理温度信号，还能安装在消防头盔的表面上。当外部热源靠近传感器时，智能手机应用程序可以在消防头盔表面准确显示实时温度数据，并在检测到危险温度时激活安全警报。