理工學(xué)院朱世平和張祺團隊在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、張祺助理教授團隊在《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。
?
期刊介紹
Chemical Engineering Journal是工程技術(shù)類國際頂級期刊，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。期刊一直以來被譽為化工領(lǐng)域三大頂級刊物之一，2021年影響因子為13.273，在中科院分區(qū)為工程技術(shù)類1區(qū)Top期刊。
?
研究背景
離子導(dǎo)電凝膠因其結(jié)構(gòu)簡單、拉伸性能優(yōu)異、透明性好、易功能化等特點，近年來越來越多被應(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)電水凝膠或有機凝膠材料中溶劑揮發(fā)而導(dǎo)致性能不穩(wěn)定的問題。為了達到高電導(dǎo)率通常需要加入高含量的離子液體，然而，離子液體對聚合物網(wǎng)絡(luò)體系有塑化作用，會進一步降低凝膠的力學(xué)性能。因此，在離子凝膠中同時實現(xiàn)高強度、優(yōu)異拉伸性以及高電導(dǎo)率，仍存在較大挑戰(zhàn)。
?
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)鏈上電負性較大的CF?基團與離子液體EMITFSI中的咪唑陽離子發(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，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
作者通過調(diào)控交聯(lián)密度和離子液體含量來研究體系組分對力學(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%含量的時候拉伸性能達到最優(yōu)且拉伸強度無明顯下降；同時，DSC數(shù)據(jù)表明20-40%離子液體含量對玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響較少，佐證了力學(xué)強度在該區(qū)間變化較小。這些性能調(diào)控的表現(xiàn)可以歸因為離子液體的增塑作用、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)率達到10?? S cm?1水平，同時具有長期存儲、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
?
研究結(jié)論
文章通過雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和離子-偶極相互作用增強離子凝膠的力學(xué)性能，克服了離子液體的加入使聚合物材料力學(xué)性能受損的問題，制備得到高強度、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)用場景。該工作為開發(fā)高性能離子凝膠提供了一種有效的新策略。
?
作者簡介
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、理工學(xué)院講座教授、深圳先進高分子材料研究院院長。朱教授長期致力于高分子材料工程科學(xué)的研究，專長聚合反應(yīng)工程，研究領(lǐng)域：茂金屬催化烯烴聚合、聚合過程建模、可控自由基聚合、及智能高分子材料開發(fā)。
張祺，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院助理教授，校長青年學(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Adv. Funct. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces、ACS Macro Lett.、Macromolecules等高分子、材料領(lǐng)域國際核心期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利12項，入選2021年度“未來化工學(xué)者”。
?
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年起在港中深開始博士后研究。主要研究方向為力致變色聚合物、高性能離子導(dǎo)電材料，以第一作者在ACS 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。
?
文章轉(zhuǎn)自理工學(xué)院微信公眾平臺，鏈接為https://mp.weixin.qq.com/s/9XSx3e6cLC_QdIQMxbqozw
