高机械强度／可拉伸的无液体双网络离子导体

　　无液体离子导体对于柔性电子产品非常理想，因为水凝胶和基于离子液体的离子凝胶分别遭受水分蒸发和离子液体泄漏。然而，具有高机械强度和拉伸性的无液体离子导体的开发仍然具有挑战性。

　　华南理工大学基于双网络的设计概念，报告了机械强度非常高（拉伸强度高达 71.3 MPa）和可拉伸（断裂应变高达 671%）的无液体双网络离子导体（ LFDNICs)，解决了无液体离子导体中高机械强度和拉伸性之间的权衡。如图1所示，LFDNIC 由可拉伸的第一聚（AA-ChCl）型超分子深共晶聚合物网络和易碎的第二聚乙烯吡咯烷酮（PVP）网络组成。聚（AA-ChCl）型超分子深共晶聚合物网络，一种在聚合物基体中具有致密动态氢键的固有导电聚合物网络，可以通过原位制备可聚合深共熔溶剂(PDES) 单体，并可通过氢键受体(HBA)和氢键供体 (HBD) 之间的氢键形成。

　　考虑到形成无液体离子导体的能力，作者分别选择可聚合丙烯酸(AA)单体和固体氯化胆碱(ChCl)作为HBD和 HBA，以形成 AA-ChCl 型 PDES 单体。此外，选择可溶于AA-ChCl型PDES单体的PVP网络作为刚性第二网络。接下来，将获得的 PVP-PDES 混合物原位光聚合几分钟以产生无液体的双网络离子导体，从而在聚 (AA-ChCl) 型超分子深共晶聚合物网络和PVP网络之间形成强大的氢键。因此，这些 LFDNI表现出迄今为止报告的无液体离子导体最出色的机械性能。同时，坚韧的 LFDNIC（韧性高达 268 MJ m-3）可以承受穿刺并成功提升10公斤的重量。此外，LFDNIC 显示出优良的电导率（3.1×10-4 S m-1)、良好的生物相容性（细胞存活率高达 97.5%）、最佳自愈特性（0.30 秒内电愈合效率为 98%）和足够的透明度（在可见光范围内为 92%）。因此，所制备的 LFDNICs 呈现出快速制备高强度、可拉伸、离子导电、生物相容性、自修复和透明无液体离子导体的创新前景。由于其实用的特点和极其简单的制备过程，作者相信LFDNICs不仅将为机械强离子导体的发展提供创新前景，而且还可以在先进传感器和柔性电子设备领域进一步研究和应用。

图 1. 无液体双网络离子导体(LFDNIC)的设计概念。(a) LFDNICs组成的示意图。(b)LFDNICs的机械、光学、离子导电和自愈特性。

图2. LFDNIC 的机械性能。

图 3. 高机械强度由可拉伸的第一聚（AA-ChCl）型超分子深共晶聚合物网络和易碎的第二 PVP 网络之间的强氢键贡献。

图4. LFDNIC 的光学、离子导电、自修复和生物相容性特性.

　　相关论文以题为A very mechanically strong and stretchable liquid-free double-network ionic conductor发表在《J. Mater. Chem. A》上。通讯作者是华南理工大学何明辉副研究员。

　　参考文献：

　　doi.org/10.1039/D1TA06724A