【文章概述】

弹性离子导体的发展为制造关键的可穿戴离子部件提供了机会，例如能够感知机械变形的离子皮肤。然而，目前仍有很大的空间来克服灵敏度和可检测范围缺陷的问题。在这里，我们提出了用于高性能、功能性离子传感平台的多孔离子凝胶。多孔离子凝胶即使在小压力下也可以通过封闭孔而有效变形，并且凝胶和电极的接触面积会引起大的变化，导致双电层电容的显著差异。通过调整凝胶参数优化机械特性后，将多孔离子凝胶应用于离子皮肤。更有趣的是，多孔离子凝胶的功能被扩展到包括电化学发光(ECL)，从而产生了发射性ECL离子皮肤。来自发射离子皮肤的ECL强度与施加的压力线性相关，甚至可以用肉眼推断。基于多孔离子凝胶的功能离子皮肤有望成为未来传感离子电子学的关键组成部分。

【成果简介】

首尔大学化学工程系的Hong Chul Moon课题组制备出了用于高性能、功能性离子传感平台的多孔离子凝胶，多孔离子凝胶的功能被扩展到包括电化学发光(ECL)，从而产生了发射性ECL离子皮肤，有望成为未来传感离子电子学的关键组成部分。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待！

【文章亮点】

（1）、用于离子传感平台的多孔离子凝胶的制备与合成方法；

（2）、多孔离子凝胶的功能被扩展到电化学发光(ECL)，产生了发射性ECL的离子柔性皮肤领域；

【图文导图】

图 1 基于多孔离子凝胶的压敏传感器的概念图。

(a) 多孔共聚物的制备过程骨骼框架。

（b-c）多孔离子凝胶和发射性多孔 ECL 离子凝胶应用于离子皮肤时得到的凝胶类型和输出信号。

图 2 (a) 方糖、(b) 多孔 PEA-r-PS-r-PDVB 和 (c) 的光学照片、SEM 图像的多孔离子凝胶。

(d) 多孔离子凝胶中所含元素的 EDS 映射。

(e) CF3 不对称弯曲、(f) SO2 不对称弯曲和 (g) 包含在多孔离子凝胶和纯离子凝胶中的 TFSI 离子的 S-N-S 不对称振动的 FTIR 光谱差异[EMI] [TFSI]。

图 3 (a) 含有 80 wt% [EMI][TFSI] 的多孔离子凝胶在循环压缩-释放过程中应力-应变曲线的变化测试。

(b) 作为循环函数的应力保持和能量损失系数。

(c) 多孔离子凝胶传感系统的工作原理示意图。

（d）奈奎斯特图和（e）包含 80wt% [EMI][TFSI] 的多孔离子凝胶在三个阶段的整体复电容曲线：制备、加压和释放压力后。

图 4 (a)电容对三种不同成分的多孔离子凝胶的施加压力的依赖性。

(b) 这项工作与之前报道的基于离子凝胶的压力传感器之间的比较图。

(c) 在 10 kPa 压力下连续 6000 次压缩-释放循环期间的稳定性测试。

(d) 多孔凝胶基离子皮肤在环境条件下（温度和相对湿度分别为 25°C 和 60%）长期运行超过 7 天，无需封装。

(e) 成功实时监测产生不同压力大小的各种人体运动

图 5 (a) 发光 ECL 离子皮肤的制造过程示意图和每个组件的分子结构。

(b) 归一化发射光谱与波长的关系，以增加压缩强度。

(c) CIE 颜色坐标 (x, y) = (0.64, 0.36) 在 420 kPa，对应于红橙色光。

(d) ECL 亮度强度的电压依赖性，显示开启电压为 5 Vpp。

(e) 根据施加的压力，发射 ionoskin 的 ECL 强度的差异，其中设备在 10 Vpp 和 60 Hz 下运行。

(f) 附着在人体手指上的发光 ECL ionoskin 的应用，用于监测关节运动，当手指弯曲时会发光。

【奇材馆点评】

在这项工作中，我们成功地展示了高性能、功能性的离子压力传感系统，该系统具有高灵敏度和宽的可检测压力范围。为此，使用商业上可获得的方糖和合理选择的单体原位交联共聚，制备多孔离子凝胶。在优化多孔离子凝胶的物理性质后，研究了其对外部压力的结构和电化学响应。加压后，弹性多孔离子凝胶塌陷，孔隙闭合。因此，凝胶和电极之间的接触面积增加，导致更高的EDL电容。这些压力相关特性在压力释放循环中是可逆的。多孔离子凝胶被应用于皮肤类型的感觉平台--离子皮肤。该装置显示出152.8千帕1的高灵敏度和高达400千帕的宽可检测压力范围，与之前报道的基于离子导体的压力传感器相当。上面讨论的特征允许离子皮肤监测不同压力大小的各种人体运动(例如，唾液吞咽、吹气、手指敲击/弯曲、肘部弯曲和行走运动)。此外，离子皮肤的功能被成功地扩展到包括ECL，导致发射型离子皮肤能够通过发射光的亮度直接显示所施加的压力水平。这项工作的多孔离子凝胶有望成为高性能、功能性离子电子学的重要组成部分。

【论文信息】

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