【科研摘要】

新型無液體離子導(dǎo)電彈性體是通過丙烯酸 (AA) 在可聚合深共熔溶劑 (PDES) 中聚合制備的。最近, 華南理工大學(xué)祁海松教授/孫桃林教授團隊通過液態(tài)金屬 (LM) 納米液滴用于引發(fā)聚丙烯酸 (PAA) 鏈并將其進一步交聯(lián)成無液體聚合物網(wǎng)絡(luò)，無需任何額外的引發(fā)劑和交聯(lián)劑。所得無液體離子導(dǎo)電彈性體具有高透明度 (94.1%)、超拉伸性 (2600%) 和自主自愈能力。

自旋俘獲電子順磁共振和染料褪色實驗揭示了自由基的產(chǎn)生。紫外-可見光譜和粘度測試證明了 Ga³⁺ 的交聯(lián)效應(yīng)。膠凝時間比傳統(tǒng)的過硫酸銨熱引發(fā)過程短得多。此外，這種不含液體的聚合物材料具有固有的抗凍和抗干燥能力，使其能夠在惡劣條件下運行。考慮到透明性、自愈性、超拉伸性、可塑性和感官特性，由此產(chǎn)生的彈性導(dǎo)體有望在可穿戴設(shè)備、力映射和柔性電致發(fā)光設(shè)備中的工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮作用。相關(guān)論文以題為Multifunctional Liquid-Free Ionic Conductive Elastomer Fabricated by Liquid Metal Induced Polymerization發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。

【主圖導(dǎo)讀】

圖1 a) LM-PDES彈性體制備方法示意圖。b) LM-PDES 彈性體由 LM 引發(fā)和交聯(lián)的示意圖。

圖2 a) LM-AA 和 PDES 混合后 PAA 平均分子量的變化。LM：1.0重量％。b) LM-PDES 在快速聚合過程中的溫度變化及其紅外熱圖像（插圖）。c）不同LM含量的LM-PDES混合物的粘度變化。d) 不同LM含量的LM-PDESs在凝膠化過程中的流變儲能模量（G'，實心符號）和損耗模量（G”，空心符號）。e) 用于指定孵育時間的彈性體的 G' 和 G''。f) 0 分鐘、30 分鐘和 12 小時后 LM-PDES 彈性體表面 LM 納米液滴的變化。

圖3 a) LM-PDES 的紫外-可見光譜和數(shù)碼照片。b) EIS 圖和計算的電導(dǎo)率。c) LM-PDES 具有 1.0 wt% LM 含量的單軸拉伸試驗的數(shù)字圖像。d) 不同LM含量的LM-PDES的典型應(yīng)變應(yīng)力曲線。

圖4 a）自修復(fù)LM-PDES的拉伸試驗照片。b) 原始和自修復(fù) LM-PDES 彈性體在不同修復(fù)時間下具有 1.0 wt% LM 含量的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。光學(xué)顯微照片記錄了自主自愈過程（插圖）。c) LM-PDES 在大應(yīng)變水平 (γ = 100%) 下的循環(huán) G' 和 G" 值，固定角頻率為 6.28 rad s-1 d) LM-PDES 在并聯(lián)電路修復(fù)中的應(yīng)用演示。e) 循環(huán)斷裂愈合期間的電阻與測試時間的關(guān)系。f) 在短期內(nèi)恢復(fù)損傷修復(fù)過程的機械性能和電導(dǎo)率的自愈效率。g) 可能的自愈機制示意圖。

圖5 用 LM-PDES 制備的可穿戴傳感器和柔性顯示設(shè)備。a) 電阻的應(yīng)變依賴性。R₀：初始電阻。ΔR：電阻變化。b) 在 100% 應(yīng)變的固定應(yīng)變下，應(yīng)變傳感器在 500 次拉伸-釋放循環(huán)中的電阻變化。c) 感應(yīng)手指從 0° 到 90° 的不同彎曲角度。d) 感知特定的筆跡。e) 應(yīng)變主導(dǎo)的 3D 力圖。每個交叉點的阻力是根據(jù)交叉子午帶的阻力的乘積計算的。f) 柔性顯示應(yīng)用、電致發(fā)光器件。

【總結(jié)】

來自超聲波破碎的 LM-AA 納米液滴可以引發(fā) PDES 的自由基聚合，并進一步釋放 Ga 的多價陽離子以將 PAA 交聯(lián)成高度透明 (94.1%)、超拉伸 (2600%) 和自主自愈無液體離子導(dǎo)體 (0.13S m^-1)。合成過程非常簡單、快速（2.5 wt% LM-PDES 需要 6 分鐘），聚合前體中僅包含 LM、AA 和 ChCl。此外，這種不含液體的聚合物材料本身就具有抗凍和干燥的能力，使其能夠在惡劣的條件下運行。考慮到透明性、自愈性、超拉伸性、可塑性和感官特性，由此產(chǎn)生的離子導(dǎo)電彈性體有望在可穿戴設(shè)備、力圖和柔性電致發(fā)光設(shè)備等工業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮作用。應(yīng)該相信，這種由 LM 引發(fā)的聚合和交聯(lián)方法將為聚合物材料的合成開辟一條新的有力途徑，并為功能化提供多種可能性。

參考文獻：

doi.org/10.1002/adfm.202101957

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