近來，離-電材料（Iontronic materials）通過利用離子的運動，能夠對微小的壓力變化、溫度變化或化學物質的存在進行高度敏感的響應，這使得它們在精密傳感領域尤為有用。它們為開發新型柔性、可穿戴設備和智能系統提供了基礎，這些系統能夠在不侵入、不影響用戶日常活動的情況下，提供連續、準確的數據。然而，由于它們容易受到不可預測的損壞，導致性能下降和設備故障，這也是離-電材料目前所面對的最嚴峻的挑戰之一。 盡管已經大量報道了通過基于氫鍵、離子相互作用和金屬-配體配位等非共價鍵的自愈合功能來恢復設備功能、延長設備壽命和確保長期穩定性，但是這些非共價鍵容易受到水分子吸收的影響，導致其動態鍵交換作用被破壞，從而損失自修復性能。 另外，水分子的進入還會引起電干擾、短路和電化學腐蝕等破壞離-電材料的傳導機制的問題。
為了減少水的干擾，已經有研究通過使用強大的疏水基團作為保護措施，以屏蔽水分子與動態鍵或者離子之間的相互作用。例如，由于氟原子的高電負性而具有強大靜電特性的C-F基團，不僅能夠與離子基團形成動態的離子-偶極作用以作為自修復的驅動力，而且賦予了強疏水性以保護動態鍵交換作用。 以上的設計理念使材料即使在水性環境中也能表現出自修復和傳感能力。 然而，由于疏水基團和動態鍵之間的協同效應有限，這些材料只能表現出相對較低的自修復效率和速度。 因此，開發能夠在水生環境中擁有自主自愈和卓越傳感性能、且具備高自愈效率的離-電材料仍然是一個巨大的挑戰。
圖1：頭足類動物的自愈合環齒和機械感受器。
圖2：基于分子工程設計的自愈合壓電離子彈性體（MESHPIE）。
通過分子工程設計的這種具有動態疏水-水解域的機械敏感壓電離子彈性體，在常規和水生環境中表現出卓越的自愈特性和壓力傳感能力。 這一創新技術為自愈合壓電離子設備在軟電子、水下機器人、更智能的人機界面和創新可穿戴技術中的應用展現了巨大的潛力。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46334-4
作者：Zhengyang Kong, Elvis K. Boahen, Dong Jun Kim, Fenglong Li, Joo Sung Kim, Hyukmin Kweon, So Young Kim, Hanbin Choi, Jin Zhu, Wu Bin Ying*, Do Hwan Kim*
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