低共熔凝膠是近年來(lái)出現(xiàn)在凝膠家族中的一類(lèi)新型軟材料，由三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和低共熔溶劑（DES）形成。DES具有制備簡(jiǎn)單、揮發(fā)性低、可燃性低、導(dǎo)電性好等優(yōu)勢(shì)，故以其構(gòu)筑的低共熔凝膠呈現(xiàn)水凝膠、有機(jī)凝膠、離子液體凝膠等無(wú)法比擬的獨(dú)特性能。同時(shí)DES具有強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性，這意味著其物理化學(xué)性質(zhì)可通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膶?duì)應(yīng)組分進(jìn)行微調(diào)。目前已有疏水型、可聚合型、天然型、超分子型低共熔溶劑被相繼報(bào)道。近期，化學(xué)化工學(xué)院青年教師武文娜利用這些性質(zhì)各異的DES構(gòu)建的低共熔凝膠在相關(guān)領(lǐng)域開(kāi)展研究，取得了一些重要進(jìn)展，并發(fā)表多篇高水平論文。
基于低共熔凝膠的柔性可穿戴傳感器通常設(shè)計(jì)用于室溫露天環(huán)境，不適合低溫、潮濕及水下的特殊極端條件。這種限制主要源于凝膠在低溫環(huán)境中易結(jié)冰，在潮濕或水下環(huán)境易溶脹、導(dǎo)電離子易泄漏且性能不穩(wěn)定。同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)處不在的低頻振動(dòng)易導(dǎo)致凝膠輸出信號(hào)不穩(wěn)定發(fā)生故障。為保證凝膠在上述極端條件下正常工作，研究人員首先制備了具有優(yōu)異抗凍性和導(dǎo)電性的DES（EC-LiTFSI），將可聚合的兩親分子: 1-乙烯基-3-烷基咪唑溴化物（VCnIMBr，n = 12、14、16）引入DES探究其組裝相行為，結(jié)果表明可形成膠束、層狀液晶相等聚集態(tài)。通過(guò)自由基引發(fā)聚合，液晶的層狀相結(jié)構(gòu)可原位鎖定固化，從而獲得具有納米有序結(jié)構(gòu)的液晶凝膠電解質(zhì)用于高效傳輸導(dǎo)電離子（Small 2023, 20, 2305463）。隨后，又通過(guò)化學(xué)共價(jià)交聯(lián)將DES固化在丙烯酸羥乙酯聚合物網(wǎng)絡(luò)中。DES中EC的C=O作為獨(dú)特的電子供體，與Li+產(chǎn)生強(qiáng)配位相互作用，促進(jìn)Li+從LiTFSI中解離，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的導(dǎo)電性。利用表面電容傳感機(jī)制，該凝膠被設(shè)計(jì)成條帶和矩形觸摸面板，即使在低溫環(huán)境和受壓后恢復(fù)的狀態(tài)下，也能高效定位手指的觸摸軌跡 (ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 29248)。
為進(jìn)一步探究凝膠在水下傳感的可能性，研究人員利用自然界中的二元協(xié)同互補(bǔ)現(xiàn)象，在凝膠內(nèi)部設(shè)計(jì)了一種異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即將親水(HEA)和疏水(TFEA和LMA)單體固化在疏水DES中，形成疏水異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)凝膠。疏水界面和內(nèi)部的疏水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)阻止水分子和導(dǎo)電離子穿越邊界，提高了抗膨脹能力和水下穩(wěn)定性。進(jìn)而將凝膠貼于關(guān)節(jié)部位實(shí)現(xiàn)水下通信，用于控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)映射自閉合和自旋轉(zhuǎn)，并控制報(bào)警器實(shí)現(xiàn)水下自報(bào)警（Mater. Horiz. 2025, DO1:10.1039/d5mh01437a）。此外，研究人員還在疏水網(wǎng)絡(luò)ploy(TFEA-LMA-PFOEA) 中制備了一種具有異質(zhì)兩相結(jié)構(gòu)的自阻尼離子凝膠。含氟聚合物之間獨(dú)特的自組裝行為使相分離更容易發(fā)生，從而將阻尼和彈性功能解耦到兩個(gè)不同的相中，實(shí)現(xiàn)了抗沖擊和抗噪聲干擾能力的人體運(yùn)動(dòng)感應(yīng)和水下通信（ACS Appl. Polym. Mater. 2024, 6, 13594）。
基于上述的研究進(jìn)展，如何通過(guò)材料創(chuàng)新賦能器件柔性化、高性能化與多功能集成成為亟待解決的問(wèn)題。而膠體軟物質(zhì)（如液晶、乳液、凝膠等）因其獨(dú)特的自聚集能力、可調(diào)控的微/納米通道和流變性能，為這一難題提供了突破性思路。研究人員系統(tǒng)梳理了基于膠體軟物質(zhì)的柔性器件設(shè)計(jì)策略與應(yīng)用進(jìn)展，成果發(fā)表于《Advances in Colloid and Interface Science》（IF=19.3）。主要涵蓋3方面: 1.電解質(zhì)材料設(shè)計(jì): 液晶電解質(zhì)、乳液電解質(zhì)、凝膠電解質(zhì)；2.電極材料設(shè)計(jì): 以乳液、水凝膠和氣凝膠為基礎(chǔ)，構(gòu)建多孔電極結(jié)構(gòu)，增加活性位點(diǎn)；3.性能提升機(jī)制: 通過(guò)調(diào)控膠體軟材料的納米結(jié)構(gòu)、界面化學(xué)和機(jī)械性能，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能器件能量密度、功率密度和柔韌性的協(xié)同優(yōu)化。未來(lái)可進(jìn)一步探索新型多功能膠體軟物質(zhì)以及多功能集成等方向，為下一代儲(chǔ)能傳感技術(shù)開(kāi)辟路徑（Adv. Colloid Interface Sci. 2025, 345, 103629）。
以上工作先后發(fā)表在膠體與界面化學(xué)相關(guān)期刊，通訊作者為煙臺(tái)大學(xué)青年教師武文娜，合作通訊作者為山東大學(xué)郝京誠(chéng)教授。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、山東省青年科技人才托舉工程的資助。
論文鏈接如下：
https://doi.org/10.1016/j.cis.2025.103629
https://doi.org/10.1039/D5MH01437A
https://doi.org/10.1002/smll.202305463
https://doi.org/10.1021/acsami.4c04386
https://doi.org/10.1021/acsapm.4c02122
來(lái)稿時(shí)間：9月17日 審核：劉俞斌 責(zé)任編輯：劉運(yùn)正
