理工學(xué)院朱世平和張祺團(tuán)隊(duì)在Chemical Engineering Journal上發(fā)表文章
近日，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院朱世平教授、張祺助理教授團(tuán)隊(duì)在《Chemical Engineering Journal》期刊上發(fā)表題為“Enhanced Stretchability and Robustness towards Flexible Ionotronics via Double-network Structure and Ion-dipole Interactions”的文章。
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期刊介紹
Chemical Engineering Journal是工程技術(shù)類(lèi)國(guó)際頂級(jí)期刊，以發(fā)表化學(xué)工程技術(shù)和新材料應(yīng)用等方面的重要研究成果和創(chuàng)新技術(shù)為主。期刊一直以來(lái)被譽(yù)為化工領(lǐng)域三大頂級(jí)刊物之一，2021年影響因子為13.273，在中科院分區(qū)為工程技術(shù)類(lèi)1區(qū)Top期刊。
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研究背景
離子導(dǎo)電凝膠因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拉伸性能優(yōu)異、透明性好、易功能化等特點(diǎn)，近年來(lái)越來(lái)越多被應(yīng)用到柔性電子器件領(lǐng)域。離子凝膠以所包裹的離子液體作為導(dǎo)電介質(zhì)，可有效解決離子導(dǎo)電水凝膠或有機(jī)凝膠材料中溶劑揮發(fā)而導(dǎo)致性能不穩(wěn)定的問(wèn)題。為了達(dá)到高電導(dǎo)率通常需要加入高含量的離子液體，然而，離子液體對(duì)聚合物網(wǎng)絡(luò)體系有塑化作用，會(huì)進(jìn)一步降低凝膠的力學(xué)性能。因此，在離子凝膠中同時(shí)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、優(yōu)異拉伸性以及高電導(dǎo)率，仍存在較大挑戰(zhàn)。
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研究方法
在該工作中，作者采用光聚合獲得交聯(lián)六氟丁基丙烯酸酯與丙烯酸甲酯的共聚物P(MA-co-HFBA)為基體材料，通過(guò)聚合-溶脹-聚合-離子液體浸泡的方法構(gòu)筑雙網(wǎng)絡(luò)聚合物離子凝膠，其中，聚合物側(cè)鏈上電負(fù)性較大的CF?基團(tuán)與離子液體EMITFSI中的咪唑陽(yáng)離子發(fā)生離子-偶極相互作用，不僅有助于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)形成物理交聯(lián)點(diǎn)，也使得兩層網(wǎng)絡(luò)間產(chǎn)生相互作用，從而提高凝膠的力學(xué)性能。所制備的離子凝膠具有優(yōu)異的透明性和力學(xué)強(qiáng)度（圖1）。
圖1. 雙網(wǎng)絡(luò)離子凝膠結(jié)構(gòu)及性能示意圖
作者通過(guò)調(diào)控交聯(lián)密度和離子液體含量來(lái)研究體系組分對(duì)力學(xué)性能和電化學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)離子液體含量對(duì)力學(xué)性能的影響并不像交聯(lián)密度那樣往單一的方向改變，而是在30%含量的時(shí)候拉伸性能達(dá)到最優(yōu)且拉伸強(qiáng)度無(wú)明顯下降；同時(shí)，DSC數(shù)據(jù)表明20-40%離子液體含量對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響較少，佐證了力學(xué)強(qiáng)度在該區(qū)間變化較小。這些性能調(diào)控的表現(xiàn)可以歸因?yàn)殡x子液體的增塑作用、雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和網(wǎng)絡(luò)間離子-偶極作用、以及聚合物固含量的共同影響結(jié)果，但在不同的離子液體含量下，占主導(dǎo)作用的因素有所變化（圖2）。
圖2. 離子凝膠的力學(xué)性能表征
另外，30%離子液體含量的凝膠不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能（5.6 MPa， 784%），而且電導(dǎo)率達(dá)到10?? S cm?1水平，同時(shí)具有長(zhǎng)期存儲(chǔ)、多次重復(fù)使用等穩(wěn)定性。優(yōu)異的綜合性能下，該離子凝膠可用于電致發(fā)光和可穿戴傳感器等器件應(yīng)用（圖3）。
圖3. 離子凝膠應(yīng)用于電致發(fā)光器件
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研究結(jié)論
文章通過(guò)雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和離子-偶極相互作用增強(qiáng)離子凝膠的力學(xué)性能，克服了離子液體的加入使聚合物材料力學(xué)性能受損的問(wèn)題，制備得到高強(qiáng)度、優(yōu)異拉伸性以及高電導(dǎo)率的離子凝膠，并展現(xiàn)了其在電致發(fā)光器件和可穿戴傳感器方面的應(yīng)用場(chǎng)景。該工作為開(kāi)發(fā)高性能離子凝膠提供了一種有效的新策略。
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作者簡(jiǎn)介
香港中文大學(xué)（深圳）朱世平教授和張祺教授為本文通訊作者。
朱世平，加拿大工程院院士、加拿大皇家科學(xué)院院士、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士。浙江大學(xué)本科，加拿大 McMaster大學(xué)博士。2017年7月入職港中深，任副校長(zhǎng)、理工學(xué)院講座教授、深圳先進(jìn)高分子材料研究院院長(zhǎng)。朱教授長(zhǎng)期致力于高分子材料工程科學(xué)的研究，專(zhuān)長(zhǎng)聚合反應(yīng)工程，研究領(lǐng)域：茂金屬催化烯烴聚合、聚合過(guò)程建模、可控自由基聚合、及智能高分子材料開(kāi)發(fā)。
張祺，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院助理教授，校長(zhǎng)青年學(xué)者。中山大學(xué)本科，浙江大學(xué)博士，加拿大 McMaster 大學(xué)博士后，于2018年3月加入港中深。近年來(lái)致力于智能高分子材料、含氟功能聚合物、特種膠黏劑等領(lǐng)域的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。迄今已在A(yíng)dv. Funct. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces、ACS Macro Lett.、Macromolecules等高分子、材料領(lǐng)域國(guó)際核心期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利12項(xiàng)，入選2021年度“未來(lái)化工學(xué)者”。
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本文第一作者為邱文蓮博士。
邱文蓮博士， 中山大學(xué)本科，浙江大學(xué)碩士，墨爾本大學(xué)博士。2020年起在港中深開(kāi)始博士后研究。主要研究方向?yàn)榱χ伦兩酆衔?、高性能離子導(dǎo)電材料，以第一作者在A(yíng)CS Appl. Mater. Interfaces、Macromolecul-es、Polymer Chemistry等高分子材料領(lǐng)域核心期刊發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。
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文章轉(zhuǎn)自理工學(xué)院微信公眾平臺(tái)，鏈接為https://mp.weixin.qq.com/s/9XSx3e6cLC_QdIQMxbqozw
