通過在受損表面上重整氫鍵，離子凝膠在室溫下表現(xiàn)出快速的自愈合能力。愈合3小時(shí)

后離子凝膠的斷裂應(yīng)力與原始離子凝膠相當(dāng)。（來自：橫濱國立大學(xué)）

    橫濱國立大學(xué)和日本東京大學(xué)的研究人員研制了一種離子凝膠，它具有出色的韌性，在室溫下還具有自愈的能力，并且不需要任何外部刺激（如溫度或光照）。

    離子凝膠因其獨(dú)特的性質(zhì)如熱穩(wěn)定性高，室溫蒸發(fā)傾向低，離子導(dǎo)電率高而受到廣泛關(guān)注。

    該團(tuán)隊(duì)展示了一種離子凝膠，能夠在室溫下自行快速愈合而無需任何外部條件刺激。他們還展示了該材料中材料中多氫鍵而產(chǎn)生的出色韌性。

    Ryota Tamate（通訊作者）說：“可穿戴電子設(shè)備預(yù)計(jì)在日常使用期間會(huì)被拉伸和彎曲多次，如果可穿戴設(shè)備中使用的離子凝膠具有自愈性，則可以在反復(fù)拉伸和彎曲期間修復(fù)裂縫和損壞，并提高設(shè)備的耐久性。”

    這項(xiàng)研究在2018年7月的《Advanced Materials》中報(bào)道，說明了一種特殊類型的聚合物凝膠，稱為離子凝膠，其中充滿了液體形式的鹽或離子液體。

    這種離子凝膠是通過整合兩種材料而開發(fā)的，即通過一種被離子液體排斥的材料，另一種與氫結(jié)合的材料整合而來。

    它們共同形成所謂的二嵌段共聚物（又稱鑲嵌共聚物，是將兩種或兩種以上性質(zhì)不同的聚合物鏈段連在一起制備而成的一種特殊聚合物。具有特定結(jié)構(gòu)的嵌段聚合物會(huì)表現(xiàn)出與簡單線形聚合物，以及許多無規(guī)共聚物甚至均聚物的混合物不同的性質(zhì)，可用作熱塑彈性體、共混相容劑、界面改性劑等。廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)藥、建筑、化工等各個(gè)領(lǐng)域），液體鹽和二嵌段共聚物材料的組合產(chǎn)生最終的膠束結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)控制所有材料的質(zhì)量。

    被離子液體排斥的部分形成核心，而外側(cè)由支鏈構(gòu)成，這些鏈通過許多氫鍵彼此相互作用。

    該研究首次證明，在離子凝膠中引入氫鍵可以提高材料的強(qiáng)度，甚至使該材料具有在室溫下自愈的能力。

    Tamate說：“這種離子凝膠的自我修復(fù)過程可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。”

    他補(bǔ)充道：“氫鍵是可逆的，因此，它是一種有前途的相互作用，由于其可逆性質(zhì)，使材料具有自愈的能力。在這項(xiàng)研究中，通過調(diào)節(jié)離子液體中聚合物鏈的氫鍵強(qiáng)度，我們利用氫鍵作為離子凝膠的可逆交聯(lián)點(diǎn)。此外，我們證明了由二嵌段共聚物材料形成的膠束結(jié)構(gòu)顯著提高了離子凝膠的物理強(qiáng)度和自愈能力。”

    雖然到目前為止已經(jīng)創(chuàng)造了幾種類型的韌性離子凝膠，但研究人員表示，實(shí)現(xiàn)自愈能力和高韌性仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

    他們還報(bào)告說，他們凝膠與其他未改性的離子凝膠的電化學(xué)和機(jī)械性能相似。

    該材料的自愈特性——它可以在室溫下自愈并且易于在溶液中加工，因此在未來柔性電子領(lǐng)域的應(yīng)用中，具有該特性的材料將成為有前景的固體電解質(zhì)，特別是開發(fā)自愈電子器件。

    Ryota Tamate（通訊作者）指出：“對(duì)于器件應(yīng)用，應(yīng)定量研究在各種物理應(yīng)變條件下離子凝膠的耐久性。此外，由于本發(fā)明的二嵌段共聚物傾向于從空氣中吸收水分，我們希望在開放環(huán)境中研究該材料處于穩(wěn)定狀態(tài)的分子結(jié)構(gòu)之間的相互作用。由于可以通過陽離子和陰離子來廣泛調(diào)節(jié)離子液體的物理性質(zhì)，因此我們將研究不同離子液體之間的組合的物理性質(zhì)。”

    在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，研究人員希望創(chuàng)造新的功能性離子凝膠，可用于構(gòu)建靈活且可穿戴的新設(shè)備。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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