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  可拉伸離子導(dǎo)體可在大形變下持續(xù)傳導(dǎo)離子信號(hào)，但其電阻往往隨拉伸應(yīng)變急劇增大，導(dǎo)致離子傳導(dǎo)性能?chē)?yán)重衰減。盡管可以通過(guò)系統(tǒng)校準(zhǔn)消除應(yīng)變效應(yīng)帶來(lái)的影響，但這一過(guò)程較為繁瑣且會(huì)犧牲信號(hào)保真度。螺旋幾何設(shè)計(jì)也可降低電阻應(yīng)變敏感度，但由于離子導(dǎo)體本征柔性易變形，這一方法也較難推廣。如何從材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度實(shí)現(xiàn)離子導(dǎo)體電阻應(yīng)變不敏感仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

  東華大學(xué)武培怡-孫勝童研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)致力于通過(guò)黏彈網(wǎng)絡(luò)分子設(shè)計(jì)和相結(jié)構(gòu)調(diào)控策略開(kāi)發(fā)高性能離子導(dǎo)電材料：基于液晶組裝誘導(dǎo)相分離制備了電導(dǎo)率隨拉伸急劇提升的離子導(dǎo)電液晶彈性體纖維（Adv. Mater. 2021, 33, 2103755）；基于多尺度網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)合成了應(yīng)變硬化自修復(fù)離子皮膚（Nat. Commun. 2021, 12, 4082；Nat. Commun. 2022, 13, 4411）；基于熵驅(qū)動(dòng)聚電解質(zhì)-礦物納米簇相互作用制備了強(qiáng)烈熱致硬化水凝膠（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202204960）；利用相分離含氟共聚物的動(dòng)態(tài)粘滯組裝開(kāi)發(fā)了高阻尼離子皮膚（Adv. Mater. 2023, 35, 2209581）；通過(guò)應(yīng)變速率誘導(dǎo)相分離策略開(kāi)發(fā)了剝離硬化自粘附離子液體凝膠（Adv. Mater. 2023, 35, 2310576）；利用多級(jí)氫鍵締合及動(dòng)態(tài)相分離開(kāi)發(fā)了在極寬頻率范圍內(nèi)處于臨界凝膠點(diǎn)狀態(tài)的自順?lè)x子皮膚（Nat. Commun. 2024, 15, 885）。

  近期，該團(tuán)隊(duì)分析認(rèn)為，離子導(dǎo)體的應(yīng)變電阻響應(yīng)基本符合Pouillet’s law預(yù)測(cè)（R/R₀ = (ε+1)²/(σ/σ₀), 其中ε是應(yīng)變，R/R₀是應(yīng)變引起的電阻變化，σ/σ₀是應(yīng)變引起的電導(dǎo)率變化）。由于常規(guī)離子導(dǎo)體隨拉伸電導(dǎo)率提高幅度較小，難以抵消應(yīng)變帶來(lái)的影響，導(dǎo)致電阻急劇提升，適于傳感但不利于信號(hào)傳輸。因而，要實(shí)現(xiàn)應(yīng)變電阻不敏感，須大幅提高離子電導(dǎo)率的變化率以抵消應(yīng)變效應(yīng)。該團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)構(gòu)筑液態(tài)金屬?gòu)?fù)合彈性體纖維的固-液雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，初步實(shí)現(xiàn)了電子導(dǎo)體的電導(dǎo)率變化率提升及應(yīng)變電阻不敏感響應(yīng)（Sci. Adv. 2021, 7, eabg4041），為解決離子導(dǎo)體的應(yīng)變響應(yīng)問(wèn)題提供了思路。

圖1. 應(yīng)變電阻不敏感離子導(dǎo)電纖維的工作原理。

圖2. 雙連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維的微觀形貌、力學(xué)和電學(xué)性能表征。

圖3. 應(yīng)變電阻不敏感的機(jī)理分析。

圖4. 雙連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維的抗缺口、耐疲勞和機(jī)電循環(huán)性能。

圖5. 雙連續(xù)結(jié)構(gòu)纖維作為離子導(dǎo)線傳輸交變信號(hào)。

  以上研究成果近期以“A Solid-Liquid Bicontinuous Fiber with Strain-Insensitive Ionic Conduction”為題，發(fā)表在《Advanced Materials》（DOI: 10.1002/adma.202402501）上。東華大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院博士研究生葉華挺為文章第一作者，孫勝童研究員和武培怡教授為論文共同通訊作者。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202402501