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离子导体(ICs)在柔性电子器件的发展中显示出巨大的潜力，广泛应用于可穿戴设备、传感器、微纳米发电机、柔性显示器、软机器人等领域。水凝胶和电离凝胶由于具有良好的导电性、生物相容性和可拉伸性等优点，被认为是制备ICs最有前途的材料。然而，由于脱水等问题，水凝胶基柔性电子材料很难在多变的环境中提供稳定的力学性能和导电性。相比之下，离子凝胶由离子液体(ILs)或深共晶溶剂(DESs)组成，被限制在聚合物网络中，具有良好的非挥发性和可以忽略的蒸气压。尽管电离凝胶的非挥发性使其具有较宽的工作温度，但离子液体和DESs容易发生泄漏，存在严重的安全隐患。因此，作为含液相凝胶弹性体的一种安全可靠的替代品，固态导电离子凝胶(SCIg)被开发出来，以克服这些潜在的问题。
图1 全固态离子导电离子凝胶的合成与表征
近期，中国科学院福建物质结构研究所官轮辉研究员团队通过紫外固化法合成了一种综合性能优良的可快速制备的新型固态导电离子凝胶(SCIg) (图1a, b，c)。该产品可通过调整各组分的含量来获得迄今为止报道的最佳综合性能之一的可拉伸SCIg，包括优良的拉伸性能(λ=26.6拉伸应变，同时承受0.97 MPa应力)，显著的自愈效率(>95%, 图2)和极好的电导率(137.8 mS m-1, 图1d, f))。此外，还构建了可拉伸电阻型传感器、可压缩电容型传感器和电子皮肤(图3)，以展示SCIg在柔性可穿戴设备中的潜在应用，该设备可以将不同的机械刺激转换为电信号。有趣的是，这些传感器在高温下储存或在结构损伤中自我修复后，仍然可以可靠地检测到电阻信号。SCIg的另一个优点是3D打印的高效率。利用该材料的快速光固化特性，一次打印了多个直径为130 μm的微电路阵列(图4)。将打印好的微电路转移到透明弹性材料TPU薄膜上，经过应变λ=4的拉伸后，微电路保持结构完整。这些良好的性能为该材料在在电子皮肤、生理信号检测和人机界面等领域具有很大的应用潜力。
图2 SCIg的自愈性能。
图3基于离子凝胶阵列设计的具有位置识别功能以及相应压力分布的电子皮肤
图4 SCIg的3D打印能力
该工作以“Stretchable and Self-Healing Ionic Conductive Elastomer for Multifunctional 3D Printable Sensor”为题发表在《Chem. Eng. J.》上。文章第一作者是福州大学机械学院-中科院福建物构所联合培养博士吴启锐。通讯作者为黄建仁博士和官轮辉研究员。
该工作得到国家自然科学基金的资助。福建电子口岸股份有限公司刘键涛博士以及福州大学机械学院杨晓翔教授对该研究提供了帮助和指导。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140328
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