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  由于具備優(yōu)異的柔性以及生物相容性，水凝膠離子導(dǎo)體在可拉伸柔性電子、軟體機器人、生物醫(yī)學工程等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。然而，暴露在空氣中因失水引起的性能受損、低溫下水結(jié)晶導(dǎo)致的柔性喪失以及水凝膠與金屬電極接觸界面受到水腐蝕等現(xiàn)象，極大地限制了水凝膠的實際應(yīng)用。為了改進上述不足，科研工作者開發(fā)出了以離子液體為溶劑的離子凝膠，其對金屬電極無腐蝕且溶劑不揮發(fā)，但成本高、毒性大。基于以上研究，開發(fā)兼具優(yōu)異的環(huán)境和化學穩(wěn)定性以及低成本、低毒性的離子導(dǎo)體非常有必要。

  DES是一種低共熔混合物，其凝固點顯著低于各個組分純物質(zhì)的熔點。一些DES具備離子液體的基本性質(zhì)，更重要的是其低成本、低毒性，成為傳統(tǒng)離子液體的替代品�；贒ES的優(yōu)異性能，河南大學姚晰團隊和鞠婕團隊合作開發(fā)了一種新型的具備環(huán)境和化學穩(wěn)定性的耐低溫DES離子導(dǎo)體，其在低溫柔性可拉伸發(fā)光器件中展現(xiàn)出了應(yīng)用前景。相關(guān)成果近日以“Ionic conductive gels based on deep eutectic solvents”為題，發(fā)表在International Journal of SmartandNano Materials上。

  工作中利用丙二醇（PG）和多種金屬鹽制得DES溶劑。如圖1a所示，PG打破了金屬離子與氯離子之間的靜態(tài)相互作用，形成了基于新的氫鍵結(jié)構(gòu)的團簇。隨后以DES為溶劑，甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）為單體，聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）為交聯(lián)劑，制得了DES凝膠（圖1b），該凝膠在低溫下仍保持良好的柔性、導(dǎo)電性以及可拉伸性（圖1c-e）。

圖1：（a）DES分子結(jié)構(gòu)示意圖；（b）DES凝膠的制備;（c）DES凝膠的室溫和低溫柔性展示；（d）DES凝膠的電導(dǎo)率隨溫度的變化曲線；（e）DES凝膠具有低溫可拉伸性。

  相比于傳統(tǒng)的水凝膠，制得的DES凝膠具備優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性。DES凝膠的抗干燥性能通過監(jiān)測凝膠質(zhì)量損失進行表征。在開放的環(huán)境中儲存七天，DES凝膠仍可保持其初始重量的90%和尺寸穩(wěn)定性（圖2a-e）。相反，水凝膠的重量持續(xù)下降，尺寸明顯減�。▓D2g-j）。此外，DES凝膠在開放空氣中儲存七天后導(dǎo)電性基本保持不變（圖2k），進一步證實了DES凝膠的環(huán)境穩(wěn)定性。

圖2：各種DES凝膠和PAAm-MCl_n-y水凝膠的環(huán)境穩(wěn)定性。

  水凝膠離子導(dǎo)體中的溶劑水通常會腐蝕金屬電極界面，這嚴重破壞了其在電子領(lǐng)域中的應(yīng)用。DES是非水溶劑，因此制得的DES凝膠能夠保持良好的化學穩(wěn)定性，特別是抗金屬腐蝕性。為了驗證DES凝膠的抗金屬腐蝕性能，研究人員將DES凝膠與銅片接觸，并放置在開放空氣中七天，發(fā)現(xiàn)DES凝膠能夠保持尺寸穩(wěn)定性和光學透明度，并且銅片也并未發(fā)生腐蝕（圖3a-d）。然而，水凝膠在密閉空間（用于保水）中儲存七天后卻對銅片產(chǎn)生了嚴重腐蝕（圖3e-h）。為了進一步量化DES凝膠和PAAm-MCl_n-y水凝膠的耐腐蝕性能，研究人員又進行了恒電位極化實驗（圖3i）。結(jié)果顯示，相比于水凝膠，DES凝膠具備優(yōu)異的耐腐蝕性。以上結(jié)果表明，DES凝膠具有良好的化學穩(wěn)定性，這對其在柔性電子領(lǐng)域中的應(yīng)用至關(guān)重要。

圖3：各種DES凝膠和PAAm-MCl_n-y水凝膠的化學穩(wěn)定性。

  研究人員展示了DES凝膠在可拉伸柔性電致發(fā)光器件中的應(yīng)用（圖4）。電致發(fā)光器件以DES凝膠作為電極，有助于將DES凝膠的離子導(dǎo)電性、低溫柔性和可拉伸性以及環(huán)境和化學穩(wěn)定集成到一個器件中，這將會拓寬可穿戴電子產(chǎn)品在醫(yī)療保健和戶外活動中的應(yīng)用。

圖4：基于DES凝膠的柔性可拉伸電致發(fā)光器件在室溫和低溫下的應(yīng)用。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1080/19475411.2021.1972053

招聘信息：

  姚晰教授課題組（仿生特種功能材料）

  姚晰，教授，河南大學，特種功能材料教育部重點實驗室。從事仿生特種凝膠材料的制備與應(yīng)用研究。開展了油凝膠材料的防結(jié)冰、防結(jié)蠟，水凝膠表面超疏水和光響應(yīng)浸潤性改性，隨后開展了水凝膠新型涂層策略的研究及其在醫(yī)療、航海等領(lǐng)域的應(yīng)用。主要研究方向：（1）水凝膠涂層材料力學增強策略和機理研究；（2）仿生水凝膠涂層的開發(fā)應(yīng)用；（3）特種凝膠防冰機理研究。課題組長期招聘青年教師。高分子、有機、物理化學、材料等背景均受歡迎。E-mail：yaoxi@henu.edu.cn

  鞠婕教授課題組（仿生特殊浸潤性表界面材料）

  鞠婕，教授，河南大學，特種功能材料教育部重點實驗室。主攻仿生特殊浸潤性表界面材料對具有微小尺寸的氣體、液體、固體及細胞的定向傳輸及分離。迄今，在PNAS, Nat. Commun.，Sci. Adv.，Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater.，ACS Nano及Acc. Chem. Res.等國際學術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文30余篇，被引>4000次。長期招聘具有材料表界面、物理化學、高分子化學研究基礎(chǔ)，以及具有細胞培養(yǎng)技能或具有一定生物醫(yī)學基礎(chǔ)的青年教師。Email: jujie@henu.edu.cn

  應(yīng)聘方式：應(yīng)聘者以電子郵件方式提交個人簡歷即可。申請不受時間限制，本招聘啟事長期有效。實驗室網(wǎng)站：http://lab.henu.edu.cn/index.htm。