由于具有适当的机械性能、优异的导电性和良好的顺应性等综合优点，离子水凝胶作为软材料有望实现多功能的可穿戴离子电子学。然而，克服在零下温度下的冻结和阻碍水的蒸发仍然是离子水凝胶面临的巨大挑战。最近，科研人员设计了一种双交联离子水凝胶，使用 Al3+ 通过水和离子液体（IL）二元溶剂体系中的动态金属配位键与聚合物网络交联，从而获得优异的机械性能（~1 MPa，~ 600%)、透明度 (>90%)、高离子电导率 (~12.40 mS cm-1) 和强大的附着力，以及优异的抗冻和长期抗脱水性能等优点。这些特殊特性启发我们制造双响应传感器，它可以同时检测人体运动信号和大范围的温度变化（从-30 到 40°C），具有令人印象深刻的电阻温度系数 (TCR) 值（从 -0.035至 -0.44 °C–1)。更有希望的是，得益于聚二甲基硅氧烷（PDMS）和离子水凝胶之间优异的界面粘附性，摩擦纳米发电机采用单电极模式组装，即使在零下温度下也能够为可穿戴离子电子设备提供可持续的能量。这项工作开辟了一种设计多功能离子水凝胶的有效策略，可将各种应用集成到单个设备中。

图 1. (a) 离子水凝胶示意图以及聚合物、金属离子和离子液体之间的键合相互作用。(b) 厚度为 1 mm 的离子水凝胶在 400-800 nm 可见波长范围内的透射率。插图是透明离子水凝胶的图像。(c) 不同Al3+含量和离子液体的离子水凝胶的电导率。(d) 水凝胶和离子水凝胶的分解电压。

图 2. 离子水凝胶的机械性能。

图 3. 离子水凝胶 () 的粘附行为。

图 4. 防冻和保湿性能。

图 5. 离子水凝胶 () 作为应变传感器的演示。

图 6. 离子水凝胶 () 作为温度传感器的演示。

图 7. 离子水凝胶 () 组装为单电极摩擦纳米发电机 (IH-TENG) 的演示。

相关论文以题为Adhesive Ionohydrogels Based on Ionic Liquid/Water Binary Solvents with Freezing Tolerance for Flexible Ionotronic Devices发表在《Chem. Mater.》上。通讯作者是北京林业大学杨俊副教授。

参考文献：

doi.org/10.1021/

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