高性能离子液体凝胶助力极端条件下的柔性传感

随着柔性传感材料的快速发展,曾几何时只能在科幻电影里才能见到的各种酷炫可穿戴设备正在大踏步进入我们的日常生活。可穿戴设备已不再只是街头巷尾的一种流行时尚,而是正实实在在的改变着我们的生活,并已经在个性化监测和诊疗领域展现了非常光明的应用前景。

近日,一组驻藏官兵在漫天飞雪的雪域高原坚守岗位的照片深深打动了国人的心,那冻成冰雕的面罩更是让人们对边防官兵所处的极端条件印象深刻。如果有能够忍受极端条件的可穿戴设备供这些官兵使用该多好啊,这样就可以实时监测他们的自身状况,从而为这些被称为“铁骨脊梁”的边防官兵更好的提供生存保障。然而,目前的可穿戴设备就如同温室里的花朵一样非常脆弱,经不起风吹雨打。因此,亟需开发一种能够忍受极端条件的柔性传感材料,为极端条件下的可穿戴设备提供强有力的材料支持。

中科院理化所的刘洪亮副研究员(通讯作者)研究小组利用带电聚合物网络与离子液体之间的静电相互作用设计制备了一种兼具优异机械性能和高电导率的新型离子液体凝胶透明薄膜,首次实现了极端条件如高真空以及-70到100摄氏度宽温度条件下的信号检测,为极端条件下的可穿戴设备提供了关键材料。研究人员利用静电相互作用将离子液体(1-乙基-3-甲基咪唑酰胺[EMIm][DCA])引入到带电的聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)(PAMPS)双网络内部。一方面,带电的PAMPS双网络凝胶提供了良好的机械强度和优良的恢复性能;另一方面,通过静电相互作用而锁定在带电的双网络内部的自由离子液体提供了高达1.7-2.4的离子导电率。研究表明,设计的离子液体凝胶薄膜也可以用作传感器,尤其是在极端条件下也表现出非常稳定的传感性能。

此项研究为极端条件下可穿戴设备的发展提供了关键材料,我们相信,在不久的将来定会为雪域高原上的广大边防官兵带来福音,为祖国筑起一道更加坚固的钢铁长城。相关研究成果在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201704253)上。