近期，ACS Applied Polymer Materials发表了江南大学化学与材料工程学院合成与生物胶体教育部重点实验室绿色涂料与微电子材料研究室的研究成果“Supramolecular lonic gels with High Elasticity and Self-healing based on Polymeric Deep Eutectic Solvent for 3D-Printable Soft Sensor”(Hu et al., Supramolecular lonic gels with High Elasticity and Self-healing based on Polymeric Deep Eutectic Solvent for 3D-Printable Soft Sensor[J]. ACS Appl. Polym. Mater. 5(11) (2023): 9650-9658)。江南大学21级研究生胡俊为论文第一作者，刘敬成副教授为论文通讯作者。
随着信息社会的不断发展，万物互联时代迅速发展，柔性电子器件因具有良好的机械灵活性而逐渐受到人们的青睐。然而，目前的制备手段无法完全满足柔性电子器件的形状设计需求。因此，探索导电弹性体的制备方法具有很大的意义。光固化3D打印技术作为一种可设计结构的材料制备方案，目前在制备导电弹性体领域已经做了许多工作。导电弹性体按导电机理大致可分为电子导电和离子导电。其中，离子导电材料可分为水凝胶和离子凝胶两大类，两者都是通过离子在凝胶中运动来实现导电。但是水凝胶耐候性差且离子凝胶中离子液体容易泄露，这些问题限制了离子导电材料的应用。
聚合低共熔溶剂是通过选择具有聚合能力氢键供体来实现的、由低共熔溶剂衍生出的应用，主要由季铵盐类受体和丙烯酸类供体组成。通过体系内的氢键作用调节材料的力学性能，同时利用季铵盐来实现材料的导电性。目前已经有研究表明聚合低共熔溶剂在光固化领域的应用前景，但是对于复杂结构的制备还存在问题，例如制备人体器官模型。同时，由于现有光引发剂TPO已被欧盟报道具有毒性，TMO则是一种极好的TPO替代光引发剂。探索TMO在光固化3D打印领域的引发效率和应用前景具有十分重要的意义。
基于上述背景，本课题组利用丙烯酸(AA)氯化胆碱(ChCl)和植酸(PA)制备了一种聚合低共熔溶剂(PDES)并加入TMO作为光引发剂，合成路线如图1所示。探索了该体系的光固化性能、力学性能以及在人体运动传感检测中的可行性。分析光引发剂的固化效率可知(图2)，选择TMO并将添加含量控制在0.6 wt%时，能够达到最佳的固化行为并保持体系相容性。图3表明，PA的加入明显起到了增塑剂的作用，3D打印离子凝胶(PCIgs)的断裂伸长率显著增加，回弹性能也有所增强。图4表明，体系中的氢键和离子作用还赋予了PCIgs良好的电学自修复能力。图5表明，不同形状的固化物在不同运动状态下(弯曲、拉伸、扭转)都能表现出良好的传感性能。
图1 AA-CHCl-PA制备过程及应用
图2 不同光引发剂及含量的PDES光固化性能研究
图3 a)不同PA含量PCIgs的拉伸应力-应变曲线；b)不同PA含量PCIgs的力学损耗角；c-f)PA含量为0 wt%、4 wt%、8 wt%和12 wt%PCIgs的循环拉伸曲线
图4 PCIgs的电学自修复能力及机理研究
图5 PCIgs的传感性能研究
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsapm.3c02114
