柔性可穿戴電子器件亟需兼具環境穩定性、機械彈性與高效能量收集能力的先進材料。本文通過一步紫外光聚合，在疏水離子液體 [EMIM][TFSI] 中合成了由丙烯酰胺與 2,2,3,3 - 五氟丙烯酸丙酯共聚的 N型離子熱電凝膠，其富氟網絡與動態非共價相互作用賦予材料超高伸長率（1659%）、快速自修復（6 h）、水下黏附性及 300 ℃熱穩定性。該離子凝膠實現-11.99 mV K^-1 熱功率、24.46 mS cm^-1 離子電導率與 351 μW m^-1 K^-2 功率因數，性能優于多數已報道 N型離子凝膠；集成于離子熱電電容器后，最大功率密度達 0.091 W m^-2，驗證了低溫余熱收集的可行性。本工作為多功能離子凝膠提供了新設計策略，為可穿戴熱電器件與耐極端環境能量收集器奠定基礎。

  2026年3月23日，相關研究以Highly Hydrophobic, Self-Healing, and Stretchable N-type Ionogels for High-Performance Wearable Thermoelectrics為題發表于《Advanced Functional Materials》，由延邊大學安承巾副教授團隊完成，系其柔性熱電離子凝膠系列研究的最新進展。

一、材料設計與制備

圖1 合成離子凝膠的一鍋制備法工藝，以及靜電勢能圖和對應的結合能。包含極性-CF3基團的柔性P（AAm-co-PFPA）共聚物網絡與[EMIM][TFSI]相互作用，形成物理交聯離子膠。

  以丙烯酰胺（AAm）與 2,2,3,3 - 五氟丙烯酸丙酯（PFPA）為共聚單體，在疏水離子液體 [EMIM][TFSI] 中經一步紫外光聚合，制備得到無規共聚物 P (AAm-co-PFPA) 離子凝膠。其中，PFPA 的氟代側鏈構筑疏水屏障，極性羰基與離子液體形成離子 - 偶極相互作用；AAm 引入動態分子間氫鍵作為可逆交聯位點；[EMIM][TFSI] 則通過熵驅動機制實現 N 型離子傳輸，為材料賦予多功能熱電性能。

二、核心性能：

  自愈特性：60℃、40%濕度條件下，6小時即可完全自愈，自愈后斷裂伸長率恢復至原始水平，熱電性能恢復率達89.7%；經過5次切割-修復循環后，其熱電與機械性能仍保持相對穩定。動態氫鍵與離子-偶極作用的可逆重組，是實現該自愈特性的核心機制。

圖2 熱電離子凝膠的自愈特性。(a) 不同自愈時間下離子凝膠的宏觀照片及切口顯微圖像；(b) 自愈后 Ionogel-2555 的拉伸形貌；(c) 自愈機制示意圖；(d,e) 離子電導率、離子塞貝克系數及功率因子隨自愈時間與循環次數的變化；(f) 不同自愈時間下 Ionogel-2555 的應力 - 應變曲線。

  黏附性能：該材料在空氣及水下環境均可牢固黏附塑料、玻璃、硅膠、金屬等多種基底，水下剝離黏附強度為18.06~24.42 N/m，可作為水下密封材料用于孔洞修復；其優異黏附性能源于偶極 - 偶極作用、離子 - 偶極作用與范德華力等多重相互作用的協同效應。

圖3 熱電離子凝膠的黏附性能。(a) 空氣及水下環境下離子凝膠在多種基底上的黏附性；(b) 水下離子凝膠在不同基底上的剝離曲線；(c) 空氣/水下離子凝膠與各基底的黏附強度；(d) 離子凝膠與基底的黏附作用機制；(e) 離子凝膠的孔洞修復過程。

  該離子凝膠采用氟代單體、親水共聚單體與疏水離子液體的正交超分子設計，首次實現高疏水性、超拉伸、快速自修復、高熱電性能與水下黏附的多功能協同，突破了傳統離子凝膠性能相互制約的瓶頸。材料兼具優異的環境穩定性、機械適應性與熱電性能，可為可穿戴熱電設備、智能紡織自供電系統提供核心材料支撐；其水下黏附與耐濕特性可拓展至海洋傳感器、生物相容電子器件等嚴苛環境下的低品位熱能收集，為多功能離子凝膠設計提供了全新思路。

  團隊通過一步紫外聚合制備出高疏水、自修復、可拉伸的N 型離子凝膠，解決了傳統離子熱電材料環境穩定性與力學性能差、熱電 - 力學難以兼顧的問題，為高性能可穿戴熱電器件及低品位熱能收集提供了新型多功能材料。

  近兩年來，該團隊相繼開發了系列熱電材料：通過 S/Cu 雙摻雜 Ag₂Se 無機柔性熱電材料（Small 2024, 20, 2309863）解決了熱電性能與柔性的固有矛盾；基于動態氫鍵構筑可自愈 p 型離子凝膠（J. Mater. Chem. A 2025, 13, 16948），并結合金屬配位鍵與可逆氫鍵實現材料可回收利用（Energy Environ. Mater. 2026，DOI: 10.1002/eem2.70358）；采用強極性富氟單體與疏水離子液體制備高疏水離子凝膠（Adv. Funct. Mater. 2026，e75062），提升了極端環境下材料耐久性。

圖4 安承巾與課題組研究生在實驗室共同分析實驗數據，探討課題進展，體現了團隊協作的科研氛圍與嚴謹的學術交流場景

  鏈接地址：https://doi.org/10.1002/adfm.75062