【集萃網觀察】
水凝膠離子電子學是使用水凝膠作為離子導體，并使用疏水性彈性體作為電介質的新興學科。在各種制造過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最大挑戰(zhàn)。日前，哈佛大學鎖志剛院士與南方科技大學楊燦輝設計了一種多步浸涂工藝，以實現(xiàn)多種配置的水凝膠離子電子學器件。該工藝將水凝膠和疏水性彈性體結合在一起，具有很強的附著力，且不會損害可拉伸性和透明度。相關工作以“Ionotronic Luminescent Fibers, Fabrics, and Other Configurations”為題發(fā)表在《Adv. Mater.》上。
離電發(fā)光纖維
研究從同軸結構的離電發(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。當電源在水凝膠核心和水凝膠層之間施加交流電壓時，極性相反的離子會定期在水凝膠/彈性體界面上積聚，在發(fā)光層中產生交替的電場，并在熒光粉顆粒中產生電子-空穴對。彈性體和水凝膠是透明的，因此可以發(fā)光。具體來說，通過多步浸涂法，使用包含氯化鋰作為離子導體的聚丙烯酰胺（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。但經過硅烷偶聯(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稱電場。在脈沖電場的作用下，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度的1.5倍，經過10000次循環(huán)后，纖維保持其峰值應力和亮度。
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粘合性以及浸涂的廣泛適用性，共同使復雜形狀的水凝膠離電發(fā)光器件成為可能。研究人員通過將兩種類型的纖維組裝成行和列來制造離電發(fā)光織物。進一步的，制造了一個發(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，以及具有籠狀結構的發(fā)光手提包。最后，通過將不同的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
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