向絕緣水凝膠中引入自由離子是提高其導(dǎo)電率最普遍的方法之一。然而引入的自由離子對水凝膠產(chǎn)生的力學(xué)影響卻經(jīng)常被人們忽略。該工作報道了通過陽離子和陰離子的協(xié)同作用對水凝膠進(jìn)行極端增韌，而不需要特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計或添加其他增強(qiáng)劑。其策略是在可以同時誘導(dǎo)交聯(lián)和鹽析的特定鹽溶液中平衡對多價陽離子和有序化水溶性陰離子都敏感的物理雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠。兩種離子效應(yīng)都對提高原始凝膠的機(jī)械性能和導(dǎo)電性具有積極作用，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袃?yōu)異物理性能的強(qiáng)韌導(dǎo)電凝膠。在鹽溶液中浸泡前后，水凝膠的斷裂應(yīng)力、斷裂能和離子電導(dǎo)率分別相差530倍、1100倍和4.9倍。浸泡后，水凝膠的最佳斷裂應(yīng)力和韌性可達(dá)到15 MPa和39 kJ m-2，優(yōu)于大部分強(qiáng)韌導(dǎo)電水凝膠，同時還能維持1.5 S m-1左右的離子電導(dǎo)率。這項簡單策略也被證明可以推廣到其他鹽離子和聚合物，有望將水凝膠的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到對于機(jī)械耐久性要求極高的電子產(chǎn)品中。
相關(guān)研究結(jié)果以“Strong Tough Conductive Hydrogels via the Synergy of Ion-Induced Crosslinking and Salting-Out”發(fā)表于Advanced Functional Materials, 第一/通訊作者分別為四川大學(xué)崔為副研究員、冉蓉教授。
圖1. 通過陽離子誘導(dǎo)交聯(lián)、陰離子誘導(dǎo)鹽析對水凝膠進(jìn)行協(xié)同增韌的策略。
圖2. 鹽溶液對物理雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠溶脹、微結(jié)構(gòu)、含水量的影響。
圖3. 通過陰陽離子協(xié)同作用實現(xiàn)對水凝膠機(jī)械性能的增強(qiáng)及調(diào)控。
圖4. 對陰陽離子協(xié)同作用的表征。
圖5. 陰陽離子協(xié)同作用的驗證及其推廣。
圖6. 陰陽離子協(xié)同增韌的水凝膠用作抗枝晶電池隔膜以及抗裂紋傳感器。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202204823
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