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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(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：6691
最新一期《自然·材料》報道，西安交通大學(xué)胡建教授課題組聯(lián)合北卡羅來納州立大學(xué)Michael D. Dickey教授團隊通過在離子液體中無規(guī)共聚兩種具有不同溶解度的單體，原位產(chǎn)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(wǎng) 項目成果】離子凝膠是一種具有離子導(dǎo)電性的固態(tài)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(zhì)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)縫隙中充滿了作為分散介質(zhì)的陰陽離子，與傳統(tǒng)凝膠的結(jié)構(gòu)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(yīng)用中具有非常廣闊的前景。 
圖片來源：卡羅來納州立大學(xué)
水凝膠是一種相當(dāng)普遍的含水聚合物網(wǎng)絡(luò)，可以容納大量液體，而不會失去其結(jié)構(gòu)完整性——這種特性使它們在嬰兒尿布、隱形眼鏡等產(chǎn)品中非常有用。與傳統(tǒng)的水凝膠相比，離子凝膠具有高熱穩(wěn)定性、高離子電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定性和非揮發(fā)性等優(yōu)點，有望取代水凝膠應(yīng)用于驅(qū)動器、傳感器、可穿戴電子設(shè)備和儲能設(shè)備等領(lǐng)域。
最新一期《自然·材料》報道，西安交通大學(xué)胡建教授課題組聯(lián)合北卡羅來納州立大學(xué)Michael D. Dickey教授團隊通過在離子液體中無規(guī)共聚兩種具有不同溶解度的單體，原位產(chǎn)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(xiàn)出高度可拉伸性，并具有良好的自恢復(fù)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)果明顯優(yōu)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(xiàn)在，當(dāng)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?yōu)樾滦螤畹碾x子凝膠可以恢復(fù)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(dāng)加熱到60°C時，只需數(shù)十秒即可完成這些令人印象深刻的壯舉。
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