可拉伸柔性电子设备近年来得到了广泛关注，目前大多数可拉伸导体由导电材料和橡胶组成，这些材料虽然具有高导电性，但是其固有的不透明性限制了大规模应用，而且由于导电材料在有机溶剂中容易溶解，不利于低成本、大批量的溶液化生产。离子导体为解决这些问题提出了新的思路，但是离子导体的制备存在溶液毒性大、成本高等缺点，而且化学交联的离子凝胶材料寿命短，不能实现破坏后的自我修复，因此，如果要大规模应用离子导体，需要具有在水中能有效溶解的绿色加工工艺，并在高分子之间引入可逆的物理交联。

聚合物主链上的离子型侧链赋予了离子导体高溶解度和可逆物理交联，离子侧链的静电力可以产生强极性，在水中表现出高溶解度，从而实现水可加工性。就物理交联而言，在溶剂蒸发之前，离子材料会通过与溶剂分子相互作用而充分溶解，在干燥后彼此间产生强烈相互作用，从而形成物理交联。与化学交联不同，物理交联可溶液保持稳定，从而在加工中具有出色的适用期（图 1 a）。此外，物理交联是可逆的，并且是自我修复机制的关键。

图1 离子型侧链作用示意图

除了可逆特性外，与共混体系相比，离子侧链还可以提高热稳定性（图1a ）。热稳定性是在实际应用中抵抗外部环境（光照和气候）热量的重要性能。尽管温度升高伴随着溶剂蒸发和聚合物链的玻璃化转变行为，但像离子盐这样的小分子却会发生聚集。这种相分离会导致有机凝胶的离子电导率和机械性能下降。

近日，新加坡南洋理工大学李佩诗课题组合成了一系列具有离子性侧链的聚合物（PSPMA，P（SPMA 0.75 -r-MMA 0.25）和P（SPMA 0.50 -r-MMA 0.50）（图1b）。这些聚合物由单体SPMA和MMA聚合而成。SPMA包含离子链，赋予聚合物离子导电性、水溶性和物理交联性，MMA在聚合物组合物中控制其疏水性，与材料的力学性能（如杨氏模量和韧性）相关。此外，为了防止水从凝胶中蒸发而引起材料变硬，作者使用了具有高沸点（290°C）、无毒、低成本和与离子链高度相容的甘油-水溶液。甘油在不蒸发的情况下可以起到增塑剂的作用，从而保持其在凝胶中的存在。在一系列聚合物凝胶中，P（SPMA0.75-r-MMA0.25）凝胶显示出最佳的可拉伸性（伸长时断裂强度为266％）、离子导电性（6.7×10-4 S·cm -1）和自修复性能（3小时内修复效率为98.3％），即使在100°C时仍显示出高热稳定性。作者展示了该材料在人工肌肉和热传感器领域的应用。这一研究为今后可拉伸自修复导电材料提供了新的思路。

图2 凝胶的流变性能

图3 凝胶的机械性能

图4 凝胶的自修复性能

图5 凝胶的热稳定性

图6 凝胶在热稳定制动器中的应用

图7 透明、可变形和可自修复的热传感器

作者简介：

Pooi See Lee教授于2001年在新加坡国立大学获得博士学位，2001年至2003年她加入新加坡Chartered半导体制造有限公司（现为Globalfoundries)的研发部门工作。在2001年，她获得美国电化学学会颁发的诺曼黑客青年作家奖的荣誉。2004年1月，她加入新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院担任助理教授，于2009年晋升为终身副教授。2015年9月，她晋升为正教授。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906679

来源：高分子科学前沿

声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！

声明：凡本平台注明“来源：XXX”的文/图等稿件，本平台转载出于传递更多信息及方便产业探讨之目的，并不意味着本平台赞同其观点或证实其内容的真实性，文章内容仅供参考。如有侵权，请联系我们删除。