水凝膠離子二極管的案例
《AM》賓大張圭貞/王青、武漢理工陳文：水凝膠離子二極管用于獲取超低頻機械能
最近，
武漢理工大學
陳文教授
，與
賓夕法尼亞大學張圭貞
（音：
Chang Kyu Jeong
）
/
王青（音：Q
ing Wang
）教授
團隊共同
提出了由
水凝膠中陰離子和陽離子離聚物的層狀結構形成的水凝膠離子二極管
。正如有限元分析所證實的那樣，
水凝膠離子二極管的潛在機制涉及由可移動的陽離子和陰離子形成耗盡區，以及隨后響應機械壓力而增加耗盡區的內置電位
。
由于嵌入的碳納米管和銀納米線電極提高了離子整流率，水凝膠離子二極管在 0.01 Hz 時表現出 ≈5 mW cm
-2
的功率密度和 ≈4 mC cm
-2
的電荷密度，優于電流幾個數量級的能量收集裝置。展示了自供電水凝膠離子二極管在觸覺傳感、壓力成像和觸摸板中的應用，傳感限制低至 0.01 kPa。這項工作有望為電子和能源設備中基于離子電流的離子電子學開辟新的機會。相關論文以題為
Hydrogel Ionic Diodes toward Harvesting Ultralow-Frequency Mechanical Energy
發表在《
A
dvanced Materials
》上。
【主圖導讀】
圖1
a) 水凝膠離子二極管的示意圖。b）自供電水凝膠裝置（頂部）和模制水凝膠納米復合材料的照片。c,d) 含有 PSSNa (c) 和 PDACl (d) 的水凝膠納米復合材料的 SEM 圖像。插圖：離聚物結構。
圖2
a) 在初始狀態或應力減小和機械釋放狀態下，圖示顯示了離子二極管的電氣行為和響應，包括電位圖。
展開 《AFM》封面：固體電解質應用的強和高含水量離子水凝膠
摘要
在文章編號
2100251 中，
印度拉吉夫甘地石油技術研究所
Umaprasana Ojha
教授
和同事利用
互穿聚合物系統 (SNIPSy) 策略的簡單補充網絡開發了強和超高含水量的水凝膠，作為固體電解質實施
，適用于柔性和可充電的水性鋅/鋰電池 適用于海底和其他極端條件，例如低溫、高壓和水下區域。
相關封面論文以題為
Supplementary Networking of Interpenetrating Polymer System (SNIPSy) Strategy to Develop Strong & High Water Content Ionic Hydrogels for Solid Electrolyte Applications
發表在《
先進功能材料
》上，同時收錄為封面。
封面圖
參考文獻
：
doi.org/10.1002/adfm.202170190
往期回顧
1.東華丁彬/武大鄧紅兵《ACS Nano》蘆葦葉啟發的二氧化硅納米纖維氣凝膠，用于耐鹽太陽能海水淡化
2.北化李曉鋒/于中振《AFM》超靈敏壓力/彎曲傳感器雙向冷凍軟而彈性層狀石墨烯氣凝膠的合理設計
版權聲明：
「
高分子材料科學
」旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。編輯水平有限
，
上述僅代表個人觀點。投稿，薦稿或合作請后臺聯系編輯。感謝各位關注！
展開 天津大學劉文廣教授團隊《Nano Today》：中草藥交聯生物大分子水凝膠攜帶rBMSCs@聚兩性離子微凝膠治療心肌梗死
將載有治療性細胞的水凝膠注射到梗塞區域已顯示出治療 MI的潛力，但注入梗死區域的細胞總是面臨惡劣的微環境（例如高氧化應激、缺氧、免疫系統攻擊），進一步削弱了細胞植入后的存活能力和生物功能。這使得負載細胞的可注射水凝膠無法達到預期的治療效果。因此，改善心肌梗死后梗死區的微環境并且提高外源性干細胞的存活性成為一種重要的治療策略。
近日，天津大學劉文廣教授團隊制備合成了酪胺修飾的透明質酸（HA-Tyr）并與傳統中藥葛根素（PUE）反應，通過過氧化氫和辣根過氧化物酶（HRP）介導的酚間交聯形成可注射水凝膠，這種水凝膠能夠清除ROS，從而緩解梗塞區域的氧化應激。此外HRP可以催化H2O2分解產生氧氣，緩解MI受損部位的缺氧微環境。此外，通過聚兩性離子微凝膠包覆MSCs，不僅能夠保持MSCs的高存活率，還能夠保持干細胞的干性和促進旁分泌效應。這有利于解決干細胞注射到心梗區域后存活率低的問題，同時提高擴大干細胞用于心肌梗死的治療效果（圖1）。
Fig. 1. Schematic illustration of the preparation of an injectable HA-Tyr-PUE hydrogel encapsulating rBMSCs-laden PCB-PEG microgels, which can modulate microenvironment, maintain of stemness of rBMSCs and increase paracrine effect on treatment of MI.
展開 ETH團隊設計，制造透明可拉伸的水凝膠鋅離子電池
（a）PAM水凝膠電解質的照片。（b）凍干的PAM水凝膠的SEM圖像，（c）PAM水凝膠，ZnSO
4
/MnSO
4
鹽溶液和PAM水凝膠電解質的ATR-IR光譜。（d）PAM水凝膠電解質的奈奎斯特圖。
圖
4.
（a）透明和可拉伸的全細胞制備過程的示意圖。（b）最終的完整電池，（c）機械彎曲，（d）扭曲和（e）拉伸的照片。
圖
5.
（a）不銹鋼/電解質/不銹鋼電池中以鋅箔為參比電極的PAM水凝膠電解質的CV曲線，掃描速率為0.2至2.0 V之間的0.2 mV s
–1
。（b）CV曲線 以1 mV s–1處的鋅陽極（紅線）和α-MnO2陰極（藍線）的角度，其中PAM水凝膠電解質介于兩者之間，并且以鋅箔作為參比電極。（c）完全組裝的透明全電池的透光率和照片（插圖）。（d）透明無應變電池的前五個循環的CV曲線，掃描速度為0.1 mV s
–1
，介于1和1.8 V之間。（e）透明無應變電池在1 C電流密度下的循環性能。（f）透明無應變
電池在
1 C，電流密度為1 C時的第1次，第10次，第100次和第120次循環的GCD曲線。
圖
6.
（a）透明鋅離子電池在50％應變下的照片。（b）頂部電極在50％應變下的光學顯微鏡圖像。（c）在0–50％應變下整個細胞的透光率。（d）透明電池在0–50％應變下的GCD分布圖，并在1 C的電流密度下釋放到初始狀態。（e）透明電池在0–50％應變下在120循環下的循環性能 電流密度為1C。（f）透明鋅離子電池在0–50％應變下的奈奎斯特圖。
展開 
北京林業大學楊俊團隊《ACS Nano》：自催化納米纖維素增強體系構建新型“鹽包水”聚兩性離子水凝膠電解質
水凝膠電解質基柔性鋅離子混合電容器（ZIHCs）由于其集成了鋅電池和電容器的互補優勢，正逐漸成為一種新興的、極具潛力的儲能設備。然而，鋅離子混合電容器仍面臨著能量密度和循環壽命之間失衡和鋅負極枝結晶的問題。與此同時，如何實現高性能的水凝膠電解質仍然存在一些挑戰：1）繁瑣的制備過程，需要長時間的高溫加熱（60-90 °C，超過2 h）、紫外線照射或有毒的促凝劑；2）性能不足，如力學強度低、粘接能力弱、低溫適應性差。因此，迫切需要設計一種簡便高效的方法制備具有優異機械穩定性的自粘和防凍型水凝膠電解質，從而滿足柔性鋅離子混合電容器在嚴苛的環境下工作。
鑒于此，北京林業大學楊俊團隊在前期研究的基礎上（Chem. Mater. 2018, 30, 3110?3121；ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 56509?56521），設計了一種基于“單寧酸-金屬離子”自催化效果的納米增強體系。該體系能夠在室溫下幾分鐘內制備出一種新型的抗凍粘附“鹽包水”聚兩性離子水凝膠電解質，極大地延長了柔性鋅離子混合電容器循環壽命（100000圈），并有效地抑制了鋅負極枝結晶的形成。進一步研究發現，組裝的鋅離子混合電容器在電化學性能和機械性能方面均表現出優異的低溫適應性，能夠在冰水浴和真空條件等嚴苛環境下正常工作。
展開 《Materials Horizons》報道離子水凝膠新型電致變色器件
圖1 離子水凝膠電致變色器件
近日，國際知名期刊《Materials Horizons》刊登了題為“Multifunctional hydrogel enables extremely simplified electrochromic devices for smart windows and ionic writing boards”的研究論文。研究人員通過將多功能離子水凝膠與氧化鎢薄膜復合，設計了一種結構精巧的新型電致變色器件。在周期性偏壓下，這種基于離子水凝膠的電致變色裝置能夠表現出顯著的顏色變化和高達70％的透射率調制（如圖1所示）。與傳統電致變色器件相比，響應速度和著色效率均明顯提高。
圖2 離子書寫板演示
此外，論文中首次展示了一種基于電致變色原理的可擦寫離子書寫板（如圖2所示）。該設計突破了電致變色顯示器件不可擦寫的局限，驅動電壓低至~1 V。這項工作對下一代電致變色器件的設計與研發具有重要的意義，同時也為離子水凝膠的應用提供了一種全新的思路。
論文第一作者為西安交通大學材料學院青年教師方華靖博士。南方科技大學汪宏教授和方華靖博士為通訊作者，合作單位還包括美國賓州州立大學。該研究得到了國家自然科學基金、博新計劃和西安交通大學分析測試共享中心的支持。
展開 Mater.》3D打印鐵離子螯合碳點傳感的抗菌水凝膠敷料
【圖文解析】
1.抗菌水凝膠制備示意圖
作者報告的是一種抗菌雙功能水凝膠，該雙功能水凝膠在液體環境中表現出較高的Fe3+離子隔離度，從而顯著降低了這些離子對細菌生長的可用性。圖1說明了水凝膠，它是通過醛改性的纖維素納米晶體（CNC）與載有氮摻雜的碳點（C-dots）和明膠的共價交聯形成的，這種凝膠剝奪了傷口上的病原體偏愛的離子鐵。在該后面，組織將此水凝膠稱為C-dot/EKGel。此外，當Fe3+離子被水凝膠吸收時，C點光致發光（PL）被淬滅，因此除了具有抗菌活性外，還提供了敷料的傳感能力。作為對照系統，作者使用了醛改性纖維素納米晶體和明膠（EKGel）交聯形成的水凝膠。
圖1. C-dot/EKGel作為傷口敷料的示意圖，該敷料剝奪了有利于細菌生長的Fe3+離子。螯合后，由于Fe3+離子吸附到C點表面，水凝膠熒光減弱。
2.水凝膠結構和熒光性能表征
圖2a（頂部）示意性地說明了使用乙二胺和硼酸作為前體試劑在CNC表面上氮摻雜C點的合成。通過6 h回流反應合成雜化C-dot/CNC納米顆粒（參見 實驗部分）。圖2b顯示了C-dot/CNC的代表性透射電子顯微鏡（TEM）圖像。使用CNC作為前驅體和C點合成的底物，可以得到分離良好的C點。在回流反應下，通過在CNCs（用作碳源）表面上的纖維素部分的轉化而形成的C點。圖2c顯示了C-dot/CNC納米顆粒的水懸浮液的消光和光致發光（PL）光譜。圖2c中的插圖顯示了C-dot/CNC懸浮液在白光和紫外光照射下的照片。
圖2.（a）醛修飾的C-dot / CNC和明膠通過席夫堿反應形成C-dot/CNC雜化納米粒子的示意圖（上）和C-dot / EKGel的形成（下圖）。（b）C-dot/CNC納米顆粒的TEM顯微照片。圖像中心顯示的區域被放大并顯示在插圖圖像中。
展開 中科院深圳先進院揭示離子交聯型水凝膠可控三維形變機制
非常有意思的是，將三維形變水凝膠置于NaCl與CaCl2的混合溶液中，通過調節溶液中Na+/Ca2+濃度比例，還可成功“凍結”海藻酸鈉水凝膠三維動態形變過程中的瞬態形狀。而且，通過耦合多種不同取向微陣列結構，成功實現了類似DNA分子的雙螺旋結構，及自然界中各種復雜花的三維形狀，還成功模擬了仿生花在離子溶液中動態綻放與閉合。
【圖文導讀】
圖1.
（A）具有表面定向排列微通道以及自上而下交聯度梯度的海藻酸鈉水凝膠結構示意圖；（B）冷凍干燥海藻酸鈉水凝膠上中下三個區域的SEM圖；（C-G）海藻酸鈉水凝膠在不同處理條件下不同區域的楊氏模量曲線與楊氏模量分布圖
圖2.
（A-E）海藻酸鈉水凝膠的多種復雜三維結構圖（T形、H形、三通管狀結構、雙螺旋、串聯三螺旋）；（F-H）基于海藻酸鈉水凝膠的多種仿生花形貌圖；（I）仿生花在離子溶液中動態綻放閉合圖
該項研究揭示了應用廣泛的海藻酸鈉水凝膠的三維形變設計機制，不僅為傳統材料可控形變設計提供了一種普適性方法，而且將極大拓展可控形變與響應性海藻酸鈉等水凝膠在再生醫學與柔體機器人等領域廣泛應用。該研究工作得到了科技部重點研發專項（2017YFA0701303）與粵港科技合作資助計劃（2017A050506040）等項目的資助。
展開 《先進材料》根特大學：陽離子水凝膠誘導的細胞膜破壞使膜不透物的直接胞質遞送成為可能
圖3
葡聚糖納米凝膠的甲基丙烯酸酯取代度對
HeLa 細胞中大分子傳遞的影響。
圖4
葡聚糖納米凝膠陽離子電荷對
HeLa 細胞中大分子傳遞的影響。
圖5
在
HeLa 細胞中納米凝膠介導的大分子傳遞需要交聯的水凝膠網絡。
圖6
葡聚糖納米凝膠可以有效地在
HeLa 細胞中輸送高達40 kDa 的 FITC 葡聚糖。
圖7
葡聚糖納米凝膠介導的胞質
FITC 葡聚糖遞送不依賴于內吞作用。
圖8
在原代人類
T 細胞中，葡聚糖納米凝膠介導的 FD10 遞送優于核轉染。
圖9
HyPore 介導的功能性物
的遞送
。
a-c) 在存在組蛋白標記 ATTO488（納米抗體）的情況下，將 HeLa 細胞與 HyPore 孵育 2 小時，然后洗滌細胞并用 Hoechst（藍色）染色細胞核。
【總結】
團隊已經報道了陽離子水凝膠納米顆粒的再利用，用于瞬時質膜穿孔和膜不可滲透貨物的直接胞質遞送。這種稱為
HyPore 協議的新方法融合了膜破壞和（非病毒）載體介導的細胞內遞送技術的有益方面。它能夠在各種細胞類型（包括難以轉染的人類原代 T 細胞）中遞送具有不同理化特性的貨物，而無需外部物理觸發。
重要的是，胞質遞送既不需要貨物封裝/復合，也不需要內吞攝取，從而繞過了內體逃逸和貨物釋放的需要。
展開 天津大學張雷教授課題組CEJ:長效抗凍、保濕和自再生離子導電水凝膠
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠抗凍能力測試
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠保水性能表征（圖3）。結果表明，在25 ℃，54％相對濕度下放置一周后，水凝膠可維持100%的原始含水量。
圖3. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠保水性測試
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠再生性能表征（圖4）。該水凝膠在真空干燥箱中脫水干燥后，其可在25 ℃，54％相對濕度下再生至原始狀態（18小時）。
圖4. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠自再生能力
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠傳感測試（圖5）。該水凝膠可作為離子導體用于制備柔性傳感器，監測人體運動信號。
圖5. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠用于人體運動檢測
相關成果以“Ionic conductive hydrogels with long-lasting antifreezing, water retention and self-regeneration abilities”為題發表在Chemical Engineering Journal。該論文第一作者為睢曉潔，通訊作者為張雷教授，其他作者有郭洪爽、蔡誠誠、李慶斯、文馳宇、張相宇、汪曉東和楊靜。
展開 東華大學武培怡教授團隊《Small》:“智能粘附”的多功能水凝膠離子皮膚生物傳感器
近年來，水凝膠成為模擬人體皮膚的感知功能和保護功能的熱點材料。然而，對環境與水凝膠材料之間的界面相互作用的研究卻很少。為此，東華大學武培怡教授課題組開發了新一代的具有診療功能的水凝膠離子皮膚(Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2008020)。該離子皮膚具有仿生離子通道，可以將信號從非生物界面傳輸到生物界面。這一工作讓離子皮膚的功能從簡單的傳感診斷擴展到診斷治療層面。然而，我們仍然注意到大多數應用在皮膚創面上的輔料都具有較強的粘附性。在實際應用過程中，從傷口上剝離這些材料需要克服較強的粘附力，這很有可能對創面皮膚造成二次損傷。此外，真實皮膚能夠感知各種外界刺激并同時進行區分，但現有離子皮膚的感知功能大多數是一對一的，很難單憑一個響應系統區分不同的信號。因此，提升離子皮膚的靈敏度以實現多重信號區分能力，設計粘附力可強弱切換的智能離子皮膚以提高實際應用價值仍然具有挑戰性。
近日，東華大學武培怡教授研究團隊開發出一種基于天然大分子季胺化殼聚糖(QCS)的“智能粘附”聚電解質水凝膠材料(QAAH)。該水凝膠制備過程簡單，通過將QCS水溶液與丙烯酸單體以一定比例混合，70 °C下熱引發自由基聚合六個小時得到。QAAH具有溫敏性和pH刺激響應性，并集成生物相容性、導電性、粘附性、可拉伸性、自修復性多重功能。值得注意的是，該水凝膠的粘附性能具有溫度依賴性，可以通過體溫觸發相轉變實現皮膚強粘附，并通過降溫降低粘附性實現粘附力的強弱切換。該水凝膠具有仿生離子傳輸通道，作為離子皮膚可用于監測由物理、化學和電信號刺激產生的生理信號的變化，其中包括呼吸，心電圖，體溫，pH值，壓力等。由于高的響應靈敏度，該水凝膠實現了同時辨別溫度和壓力信號的能力。
圖1.
展開 
港中文朱世平院士/張祺：模擬人體皮膚的比色離子有機水凝膠，用于機械刺激感測和損傷可視化
受人類皮膚功能的啟發，包括通過電信號感應刺激和損傷指示的瘀傷，
最近，
香港中文大學（深圳）
朱世平加拿大工程院院士
/
張祺助理教授
團隊
合成了
一種離子傳導性和機械致變色有機水凝膠，并被證明是離子性皮膚（
I皮膚）。
由機械發色團交聯的膠束組成的凝膠具有機械堅固性，可拉伸性和變形持久性，并具有較小的滯后性，并且還顯示出良好的溶劑保留性。伸長和壓縮過程中相對電阻的變化表明靈敏度較高。
在大變形下觀察到從淺黃色到類似瘀青的藍紫色的光學變化。離子導電有機水凝膠（如I皮膚）通過模仿各種身體挫傷場景的動作附著在人體的不同部位，展示了
對機械刺激的成功感知和可視化。
該作品生動地展示了一種應變傳感器，具有可視化損傷和針對機械沖擊的損傷警告功能。
I形皮膚可以潛在地用于包括假肢設備，可穿戴電子設備和智能機器人的應用中。
相關論文以題為
Colorimetric Ionic Organohydrogels Mimicking Human Skin for Mechanical Stimuli Sensing and Injury Visualization
發表在《
ACS Appl. Mater. Interfaces
》上。
【主圖導讀】
圖
1.模仿皮膚的I皮膚的概念和設計。
（A）當真實皮膚受到機械沖擊時，會同時產生電信號和光信號。（B）通過顯示電學和光學變化感測機械刺激的I皮膚有機水凝膠的示意圖。NaCl，SP和EG分別用作電解質，機械生色團和助溶劑。
圖
2.
（A）溶脹率（質量），以及溶劑置換過程中凝膠的照片。（B）光引發劑，聚合后的水凝膠和溶脹的有機水凝膠的紫外可見光譜。
展開 青島大學隋坤艷課題組：一種基于海藻多糖超分子納米纖維水凝膠的離子皮膚傳感器
圖文速遞
圖1仿生人體皮膚NaCl/SA/PAM離子水凝膠傳感器的設計與合成
(a) 離子水凝膠傳感器由SA超分子納米纖維網絡、PAM化學交聯網絡和無機鹽離子組成，仿生模擬皮膚結構；(b) 由于Na+的靜電屏蔽作用，SA分子自組裝形成基于多重氫鍵的超分子納米纖維；(c) SA超分子納米纖維雙網絡水凝膠的制備過程。
圖2 NaCl/SA超分子納米纖維溶液的表征
(a) 不同NaCl濃度的NaCl/SA水溶液在小瓶中的宏觀狀態照片；(b,c) NaCl/SA水溶液中SA超分子納米纖維的AFM圖像和TEM圖像；(d) 不同NaCl濃度的NaCl/SA水溶液的粘度隨剪切速率的變化曲線；(e) 不同NaCl濃度的NaCl/SA水溶液的儲能模量(G′)和損耗模量(G″)隨角頻率的變化曲線；(f) NaCl/SA超分子納米纖維水溶液經3000%應變處理后的剪切恢復實驗。
圖3 NaCl/SA/PAM離子水凝膠的宏觀圖片及力學性能
(a) 厚度為1mm的水凝膠片的透明性；(b) 水凝膠能夠承受自身1300倍的重物；(c) 水凝膠的可注射性；(d) 用模具制作的海星狀水凝膠及其自粘附性能；(e) 不同NaCl濃度水凝膠的拉伸應力-應變曲線；(f) 由拉伸應力-應變曲線得到的水凝膠彈性模量和韌性；(g) 水凝膠在1000%應變下連續20次的加載-卸載循環曲線。
展開 《AFM》華南理工大學祁海松/孫桃林：液態金屬誘導聚合制備多功能無液離子導電彈性體水凝膠
【科研摘要】
新型無液體離子導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, 華南理工大學祁海松教授/孫桃林教授團隊通過液態金屬 (LM) 納米液滴用于引發聚丙烯酸 (PAA) 鏈并將其進一步交聯成無液體聚合物網絡，無需任何額外的引發劑和交聯劑。所得無液體離子導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生。紫外-可見光譜和粘度測試證明了 Ga3+ 的交聯效應。膠凝時間比傳統的過硫酸銨熱引發過程短得多。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，由此產生的彈性導體有望在可穿戴設備、力映射和柔性電致發光設備中的工業應用中發揮作用。相關論文以題為Multifunctional Liquid-Free Ionic Conductive Elastomer Fabricated by Liquid Metal Induced Polymerization發表在《Advanced Functional Materials》上。
【主圖導讀】
圖1 a) LM-PDES彈性體制備方法示意圖。b) LM-PDES 彈性體由 LM 引發和交聯的示意圖。
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）。
展開 Sci.》理化所聞利平/江雷院士：提高水凝膠納米流體的離子運輸，以實現滲透能轉換
【科研摘要】
在自然界中，基于離子傳輸的超快速信號傳輸是生物過程的基礎，通常以水凝膠
-水混合機制起作用。受生物體基于水凝膠的系統的啟發，
中國科學院理化技術研究所
聞利平教授
/
江雷院士
研究團隊
將水凝膠引入納米流體中，以制備水凝膠雜化膜。
引入帶空間電荷的水凝膠明顯改善了離子選擇性。
另外，基于水凝膠雜化膜的發電裝置顯示出優異的能量轉換性能。
在500倍的鹽度梯度下，可實現高達11.72 W/m
2
的最大功率密度
。此外，該膜顯示出優異的機械性能。這些值是可以實現的，這表明
該
膜在滲透能轉換中的巨大潛力。
相關論文以題為
Improved Ion Transport in Hydrogel-Based Nanofluidics for Osmotic Energy Conversion
發表在《
ACS
Central Science
》上。
【主圖導讀】
圖
1.基于水凝膠混合膜的滲透壓發電器的示意圖。
（a）得益于空間電荷的水凝膠雜化膜的優異陽離子選擇性的示意圖。如圖所示的滲透發電機可以將鹽度梯度轉換為電能。（b）水凝膠雜化膜的制造過程。（i）將前體溶液倒在PC膜上。（ii）前體溶液充滿了通道的空間。（iii）多余的
溶液被移除
。（iv）通過UV輻射制備水凝膠。（c）水凝膠雜化膜的優異機械性能
。
圖
2.水凝膠雜化膜的離子傳輸特性。
（a）15％AAc / m膜的離子電導率與濃度的關系，顯示出受電荷控制的離子傳輸。（b）羅丹明6G（Rh（+），方形符號）和磺基羅丹明（Rh（-），圓形符號）的滲透率曲線，表明15％AAc/m膜具有出色的陽離子選擇性。
展開 