由于具備優異的柔性以及生物相容性，水凝膠離子導體在可拉伸柔性電子、軟體機器人、生物醫學工程等領域具有重要應用。然而，暴露在空氣中因失水引起的性能受損、低溫下水結晶導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象，極大地限制了水凝膠的實際應用。為了改進上述不足，科研工作者開發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，但成本高、毒性大。基于以上研究，開發兼具優異的環境和化學穩定性以及低成本、低毒性的離子導體非常有必要。
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的熔點。一些DES具備離子液體的基本性質，更重要的是其低成本、低毒性，成為傳統離子液體的替代品。基于DES的優異性能，河南大學姚晰團隊和鞠婕團隊合作開發了一種新型的具備環境和化學穩定性的耐低溫DES離子導體，其在低溫柔性可拉伸發光器件中展現出了應用前景。相關成果近日以“Ionic conductive gels based on deep eutectic solvents”為題，發表在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相互作用，形成了基于新的氫鍵結構的團簇。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、導電性以及可拉伸性（圖1c-e）。
圖1：（a）DES分子結構示意圖；（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。
相比于傳統的水凝膠，制得的DES凝膠具備優異的環境穩定性。DES凝膠的抗干燥性能通過監測凝膠質量損失進行表征。在開放的環境中儲存七天，DES凝膠仍可保持其初始重量的90%和尺寸穩定性（圖2a-e）。相反，水凝膠的重量持續下降，尺寸明顯減小（圖2g-j）。此外，DES凝膠在開放空氣中儲存七天后導電性基本保持不變（圖2k），進一步證實了DES凝膠的環境穩定性。
圖2：各種DES凝膠和PAAm-MCln-y水凝膠的環境穩定性。
水凝膠離子導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域中的應用。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，發現DES凝膠能夠保持尺寸穩定性和光學透明度，并且銅片也并未發生腐蝕（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生了嚴重腐蝕（圖3e-h）。為了進一步量化DES凝膠和PAAm-MCln-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）。結果顯示，相比于水凝膠，DES凝膠具備優異的耐腐蝕性。以上結果表明，DES凝膠具有良好的化學穩定性，這對其在柔性電子領域中的應用至關重要。
圖3：各種DES凝膠和PAAm-MCln-y水凝膠的化學穩定性。
研究人員展示了DES凝膠在可拉伸柔性電致發光器件中的應用（圖4）。電致發光器件以DES凝膠作為電極，有助于將DES凝膠的離子導電性、低溫柔性和可拉伸性以及環境和化學穩定集成到一個器件中，這將會拓寬可穿戴電子產品在醫療保健和戶外活動中的應用。
圖4：基于DES凝膠的柔性可拉伸電致發光器件在室溫和低溫下的應用。
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用研究。開展了油凝膠材料的防結冰、防結蠟，水凝膠表面超疏水和光響應浸潤性改性，隨后開展了水凝膠新型涂層策略的研究及其在醫療、航海等領域的應用。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應用；（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.等國際學術期刊上發表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，以及具有細胞培養技能或具有一定生物醫學基礎的青年教師。Email: jujie@henu.edu.cn
應聘方式：應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。實驗室網站：http://lab.henu.edu.cn/index.htm。
