材料科学：电子设备的未来，强大且自我修复的离子凝胶?
通过在受损表面上重整氢键，离子凝胶在室温下表现出快速的自愈合能力。愈合3小时后离子凝胶的断裂应力与原始离子凝胶的断裂应力相当。图片来源：横滨国立大学。
横滨国立大学和日本东京大学的科学家设计了一种离子凝胶，它具有出色的韧性和在环境温度下自愈的能力，没有任何外部触发或环境中可检测到的变化，如光或温度。这种新型材料具有构建柔性电子设备的巨大潜力。
离子凝胶由于其独特的性质而备受关注，包括在室温下蒸发的低倾向，高热稳定性和高离子电导率。研究人员展示了一种离子凝胶，可以在室温下自行快速愈合而不需要任何外部刺激。他们还展示了材料内部多个氢键产生的优异韧性。
“在日常使用中，可穿戴电子设备预计会被拉伸和弯曲多次，”横滨国立大学研究生院的相应作者和JSPS博士后研究员Ryota Tamate说。“如果可穿戴设备中使用的离子凝胶具有自我修复特性，它可以在反复拉伸和弯曲过程中修复裂缝和损坏，并提高设备的耐用性。”
该研究发表在2018年7月的Advanced Materials上，描述了一种特殊类型的聚合物凝胶，称为离子凝胶，填充有液体形式的盐或离子液体。这种离子凝胶是通过组合两种材料产生的，或“块” - 一种被离子液体排斥而另一种与氢键合。它们一起形成所谓的二嵌段共聚物。液体盐和二嵌段共聚物材料的组合产生最终的胶束结构，其负责所有材料的所需品质。被离子液体排斥的块构成核心，而外部由通过多个氢键彼此相互作用的链组成。
该研究首次证明，在离子凝胶中引入氢键可以产生材料的强度以及在室温下自愈的能力。
“这种离子凝胶的自我修复过程可以在几个小时内完成，”Tamate说。
“氢键是可逆的，因此，它是一种有前景的相互作用，由于它们的可逆性，有助于材料自愈的能力。在这项研究中，通过调整离子液体中聚合物链的氢键强度，我们利用氢键作为离子凝胶的可逆交联点。此外，我们证明了由二嵌段共聚物材料形成的胶束结构显着提高了离子凝胶的物理强度和自立能力，“他补充说。
虽然到目前为止已经报道了几种类型的韧性离子凝胶，但作者写道，实现自愈能力和高韧性仍然是一个巨大的挑战。他们还报告说，他们的凝胶的机械和电化学特性与其他未改变或未改变的离子凝胶相似。该材料的自立能力，它可以在室温下自愈并且易于在溶液中加工，这使其成为柔性电子领域未来应用的有前景的固体电解质 - 特别是创造自我修复的电子产品。
根据Tamate的说法，“对于器件应用，应定量研究各种物理应变条件下离子凝胶的耐久性。此外，由于本发明的二嵌段共聚物倾向于吸收空气中的水分，我们希望寻求组成的结构之间的其他相互作用多种分子在开放大气中长时间稳定。此外，由于离子液体的物理性质可以通过选择阳离子和阴离子进行广泛调整，因此将研究与不同离子液体的组合。
最终，作者希望开发新的功能性离子凝胶，可用于创建灵活且可穿戴的新设备。
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