多功能离子液体凝胶及其在柔性应变传感器中的应用
- 2022-03-13 23:28:57
- 青
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- 2421
选择含氟单体2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯(TFEA)作为聚合物基体,选择丙烯酰胺(AAm)作为共聚单体,引入氢键作用来调节离子凝胶的力学性能。选择1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺([EMIM][TFSI])作为电解质盐。 离子凝胶是通过在[EMIM][TFSI]中进行TFEA和AAm的简便地一锅光引发共聚而制备的,在定制的硅胶模具中不添加任何化学交联剂(图1a)。离子溶剂[EMIM][TFSI]可以通过离子偶极子相互作用与聚合物基体上的CF3基团相互作用,这有助于增强IL与聚合物基体的相容性,提高离子凝胶的稳定性。
P(TFEA-co-AAm)和[EMIM][TFSI]的高混溶性保证了离子凝胶的良好均匀性,因此具有显著的光学透明度,制备的1.7 mm厚的iongel -4050在可见光区(400-800 nm)具有良好的透明度,平均透过率为92%。制备的离子凝胶样品具有良好的拉伸性能和机械强度,拉伸、扭转实验(图1c)和吊挂重量为1 kg(图1d)证明了这一点。iongel -4050的韧性最高,为3.66 MJ m−3,断裂应力为0.55 MPa,断裂应变为1828%。iongel -4050样品在这些溶剂中浸泡24小时后,仍然具有良好的抗拉强度和伸延性。由于聚合物链的多重非共价相互作用和高流动性,我们的离子凝胶在室温下没有任何刺激的情况下表现出了出色的自主自修复能力。 iongel -4050的玻璃化转变温度(Tg)为−27°C,其聚合物基体P(TFEA-co-AAm)的Tg为60°C。iongel -4050在室温下的低Tg是由于[EMIM][TFSI]的塑化作用,增强了链的流动性和弹性。采用热重分析(TGA)研究了iongel -4050的热稳定性,结果显示,当重量损失为5%时,iongel -4050的分解温度高达283°C。室温保存2个月后,电离层的形状保持良好,IL无渗漏现象,具有良好的储藏稳定性。从线性扫描伏安曲线得到的iongel -4050的分解电压超过3.5 V,表明该离子凝胶具有较宽的电化学窗口和较高的电稳定性。 基于离子凝胶的可穿戴式应变传感器,可以灵敏地检测和区分肢体弯曲、行走、跳跃等较大的身体动作,以及发音、脉搏等细微的肌肉动作。人们相信,所设计的离子凝胶将在可穿戴设备和离子电子学中显示出巨大的前景。
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