離子導(dǎo)體在傳感器、超級電容器、電池等電化學(xué)裝置中起著關(guān)鍵作用，特別是近年來，柔性、透明離子導(dǎo)體的開發(fā)為新型柔性電子領(lǐng)域提供了更廣闊的發(fā)展機(jī)會，如柔性離子觸摸屏可更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。目前，柔性且透明離子導(dǎo)體大部分是基于聚合物的復(fù)合材料。常用制備方法是將電解質(zhì)（鹽、離子液體等）嵌入透明聚合物基質(zhì)中，形成離子導(dǎo)電水凝膠或有機(jī)離子凝膠，這些離子導(dǎo)電復(fù)合物同時具有離子傳導(dǎo)、柔性和高透明特性，已應(yīng)用到新興的離子電子器件中，如透明人造皮膚、摩擦發(fā)電機(jī)、軟體機(jī)器人和傳感器等。一般來講，離子導(dǎo)體的離子傳導(dǎo)率越高，器件靈敏度越高，響應(yīng)越快，重量越輕。但，此類離子導(dǎo)體由于缺乏長程有序離子通道，其傳導(dǎo)率通常低于10-2 S cm-1，并存在電解質(zhì)泄漏和穩(wěn)定性問題，阻礙了其廣泛應(yīng)用。
圖1. 蛭石納米片及柔性、透明離子傳導(dǎo)膜
針對上述問題，該團(tuán)隊(duì)采用具有本征離子傳導(dǎo)能力的二維納米黏土（nanoclays of intrinsic conductivity, NICs）作為離子通道構(gòu)筑單元，制備了柔性、透明的本征離子傳導(dǎo)膜。NIC是一種天然存在的層狀硅酸鹽，通常具有一定荷電性，如帶正電的層狀雙氫氧化物和帶負(fù)電的蒙脫石、蛭石、云母等）；具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，同時二維片層結(jié)構(gòu)使其易于組裝成具有規(guī)整層狀結(jié)構(gòu)的柔性薄膜。層間納米通道中的平衡離子可賦予NICs薄膜本征離子傳導(dǎo)特性，二維片層間又可構(gòu)建長程有序離子通道，實(shí)現(xiàn)離子高效傳導(dǎo)。所制備的蛭石薄膜具有優(yōu)異的柔韌性和高透明度（> 90％），且具有高達(dá)0.45 S cm-1的超高離子傳導(dǎo)率。此外，蛭石的無機(jī)屬性和獨(dú)特結(jié)構(gòu)賦予了薄膜優(yōu)異的穩(wěn)定性。該蛭石薄膜用于離子觸摸屏，成功實(shí)現(xiàn)了即時人機(jī)交互，可實(shí)時完成圖形繪制、文字輸入等操作。這項(xiàng)研究工作為高性能透明離子傳導(dǎo)膜的設(shè)計(jì)和制備提供了一種新的策略和材料。
圖2. 即時人機(jī)交互：圖形繪制、文字輸入
相關(guān)工作發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A, 2019, DOI: 10.1039/C9TA09140H上。論文第一作者是天津大學(xué)化工學(xué)院博士生曹利，目前為沙特國王科技大學(xué)（King Abdullah University of Science and Technology, KAUST）先進(jìn)膜和多孔材料中心博士后研究員。通訊作者為天津大學(xué)吳洪教授和姜忠義教授。
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