高機械強度／可拉伸的無液體雙網絡離子導體

　　無液體離子導體對于柔性電子產品非常理想，因為水凝膠和基于離子液體的離子凝膠分別遭受水分蒸發和離子液體泄漏。然而，具有高機械強度和拉伸性的無液體離子導體的開發仍然具有挑戰性。

　　華南理工大學基于雙網絡的設計概念，報告了機械強度非常高（拉伸強度高達 71.3 MPa）和可拉伸（斷裂應變高達 671%）的無液體雙網絡離子導體（ LFDNICs)，解決了無液體離子導體中高機械強度和拉伸性之間的權衡。如圖1所示，LFDNIC 由可拉伸的第一聚（AA-ChCl）型超分子深共晶聚合物網絡和易碎的第二聚乙烯吡咯烷酮（PVP）網絡組成。聚（AA-ChCl）型超分子深共晶聚合物網絡，一種在聚合物基體中具有致密動態氫鍵的固有導電聚合物網絡，可以通過原位制備可聚合深共熔溶劑(PDES) 單體，并可通過氫鍵受體(HBA)和氫鍵供體 (HBD) 之間的氫鍵形成。

　　考慮到形成無液體離子導體的能力，作者分別選擇可聚合丙烯酸(AA)單體和固體氯化膽堿(ChCl)作為HBD和 HBA，以形成 AA-ChCl 型 PDES 單體。此外，選擇可溶于AA-ChCl型PDES單體的PVP網絡作為剛性第二網絡。接下來，將獲得的 PVP-PDES 混合物原位光聚合幾分鐘以產生無液體的雙網絡離子導體，從而在聚 (AA-ChCl) 型超分子深共晶聚合物網絡和PVP網絡之間形成強大的氫鍵。因此，這些 LFDNI表現出迄今為止報告的無液體離子導體最出色的機械性能。同時，堅韌的 LFDNIC（韌性高達 268 MJ m-3）可以承受穿刺并成功提升10公斤的重量。此外，LFDNIC 顯示出優良的電導率（3.1×10-4 S m-1)、良好的生物相容性（細胞存活率高達 97.5%）、最佳自愈特性（0.30 秒內電愈合效率為 98%）和足夠的透明度（在可見光范圍內為 92%）。因此，所制備的 LFDNICs 呈現出快速制備高強度、可拉伸、離子導電、生物相容性、自修復和透明無液體離子導體的創新前景。由于其實用的特點和極其簡單的制備過程，作者相信LFDNICs不僅將為機械強離子導體的發展提供創新前景，而且還可以在先進傳感器和柔性電子設備領域進一步研究和應用。

圖 1. 無液體雙網絡離子導體(LFDNIC)的設計概念。(a) LFDNICs組成的示意圖。(b)LFDNICs的機械、光學、離子導電和自愈特性。

圖2. LFDNIC 的機械性能。

圖 3. 高機械強度由可拉伸的第一聚（AA-ChCl）型超分子深共晶聚合物網絡和易碎的第二 PVP 網絡之間的強氫鍵貢獻。

圖4. LFDNIC 的光學、離子導電、自修復和生物相容性特性.

　　相關論文以題為A very mechanically strong and stretchable liquid-free double-network ionic conductor發表在《J. Mater. Chem. A》上。通訊作者是華南理工大學何明輝副研究員。

　　參考文獻：

　　doi.org/10.1039/D1TA06724A