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【集萃網(wǎng)觀察】

水凝膠離子電子學(xué)是使用水凝膠作為離子導(dǎo)體，并使用疏水性彈性體作為電介質(zhì)的新興學(xué)科。在各種制造過(guò)程中將水凝膠和疏水性彈性體整合在一起，并具有牢固、可拉伸和透明的黏合力是水凝膠離子電子學(xué)最大挑戰(zhàn)。日前，哈佛大學(xué)鎖志剛院士與南方科技大學(xué)楊燦輝設(shè)計(jì)了一種多步浸涂工藝，以實(shí)現(xiàn)多種配置的水凝膠離子電子學(xué)器件。該工藝將水凝膠和疏水性彈性體結(jié)合在一起，具有很強(qiáng)的附著力，且不會(huì)損害可拉伸性和透明度。相關(guān)工作以“Ionotronic Luminescent Fibers, Fabrics, and Other Configurations”為題發(fā)表在《Adv. Mater.》上。

離電發(fā)光纖維

研究從同軸結(jié)構(gòu)的離電發(fā)光纖維開始，它由水凝膠芯、發(fā)光層、水凝膠層和彈性體層組成。當(dāng)電源在水凝膠核心和水凝膠層之間施加交流電壓時(shí)，極性相反的離子會(huì)定期在水凝膠/彈性體界面上積聚，在發(fā)光層中產(chǎn)生交替的電場(chǎng)，并在熒光粉顆粒中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。彈性體和水凝膠是透明的，因此可以發(fā)光。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)多步浸涂法，使用包含氯化鋰作為離子導(dǎo)體的聚丙烯酰胺（PAAm）水凝膠，分散有摻雜銅的硫化鋅（ZnS：Cu）顆粒的聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）作為發(fā)光層，PDMS作為介電層以及硅烷作為偶聯(lián)劑。

離電發(fā)光纖維物

研究人員比較了兩個(gè)步驟：在水凝膠上浸涂一層彈性體和在彈性體上浸涂一層水凝膠。發(fā)現(xiàn)彈性體前驅(qū)液可以在水凝膠表面自發(fā)地鋪展開，而水則在未處理的彈性體表面形成水珠。但經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑底涂工藝處理后，水也可以在彈性體表面鋪展開。

表面表征

離電發(fā)光纖維的性能

研究人員將兩條金屬線連接到電源。電源的電壓除以發(fā)光層的厚度定義了標(biāo)稱電場(chǎng)。在脈沖電場(chǎng)的作用下，光纖發(fā)亮和滅光。離電發(fā)光纖維是可拉伸的，并在變形下保持其亮度。在將其拉伸到初始長(zhǎng)度的1.5倍，經(jīng)過(guò)10000次循環(huán)后，纖維保持其峰值應(yīng)力和亮度。

離電發(fā)光纖維的性能

各種水凝膠離電發(fā)光器件

水凝膠的柔軟性和可拉伸性，水凝膠與彈性體之間的強(qiáng)粘合性以及浸涂的廣泛適用性，共同使復(fù)雜形狀的水凝膠離電發(fā)光器件成為可能。研究人員通過(guò)將兩種類型的纖維組裝成行和列來(lái)制造離電發(fā)光織物。進(jìn)一步的，制造了一個(gè)發(fā)光環(huán)，該發(fā)光環(huán)包含發(fā)光層，PAAm水凝膠和PDMS彈性體的封閉圓柱殼，以及具有籠狀結(jié)構(gòu)的發(fā)光手提包。最后，通過(guò)將不同的ZnS顆粒用于發(fā)光層還可以制作多色纖維。

各種水凝膠離電發(fā)光器件