聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）凝膠可響應(yīng)溫度刺激表現(xiàn)出體積和親水性的改變，在柔性致動器、柔性傳感器和儲能管理領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的PNIPAM凝膠由于弱的分子鏈間相互作用以及必要的共價交聯(lián)，表現(xiàn)出低的械性能和不理想的自恢復(fù)能力。
日前，華南理工大學(xué)嚴(yán)玉蓉教授團隊發(fā)展了一種水/離子液體（H2O/IL）二元溶劑，利用H2O/IL二元溶劑可制備完全物理交聯(lián)的PNIPAM離子凝膠。該PNIPAM離子凝膠具有優(yōu)異的機械性能和溫度管理的粘附特性。相關(guān)工作以題為“Fully Physically Crosslinked PNIPAM Ionogels with High Mechanical Properties and Temperature-Managed Adhesion Achieved by H2O/Ionic Liquid Binary Solvents”發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生許斯佳和博士生伍紹吉為共同第一作者，華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院嚴(yán)玉蓉教授、廣州檢驗檢測認(rèn)證集團有限公司的廣東省藥監(jiān)局醫(yī)用紡織防護產(chǎn)品質(zhì)量研究與評價重點實驗室朱銳鈿正高級工程師為共同通訊作者。H2O/IL二元溶劑能提供額外的氫鍵和疏水相互作用，并顯著提高NIPAM的溶解度（高達(dá)60 wt.%，而NIPAM在水中溶解度< 30 wt.%）。H2O/IL二元溶劑與NIPAM的良好相容性使得透明的PNIPAM離子凝膠可通過簡單的一鍋法原位聚合而成。此外，該H2O/IL二元溶劑調(diào)節(jié)策略具有一定通用性，具有相似結(jié)構(gòu)的ILs也可用于構(gòu)建高性能的PNIPAM離子凝膠。圖1 H2O/IL二元溶劑調(diào)節(jié)非共價相互作用成功制備高性能PNIPAM離子凝膠通過調(diào)節(jié)聚合物與IL含量，PNIPAM離子凝膠的拉伸應(yīng)力可從0.35 MPa增加到2.86 MPa，優(yōu)于目前報道的PNIPAM基凝膠。同時，PNIPAM離子凝膠的低臨界溶解溫度（LCST）也可通過調(diào)節(jié)IL含量實現(xiàn)寬泛調(diào)控。圖2 H2O/IL二元溶劑調(diào)節(jié)PNIPAM離子凝膠的機械性能和LCST探究了PNIPAM離子凝膠的能量耗散機制，在低應(yīng)變下PNIPAM離子凝膠的主要通過非共價相互作用耗散能量。非共價鍵的動態(tài)可逆特性使得PNIPAM離子凝膠表現(xiàn)出快速自恢復(fù)能力。圖3 PNIPAM離子凝膠的能量耗散和恢復(fù)PNIPAM離子凝膠對塑料、玻璃、泡沫、鋼鐵和紙等材料均具有良好的粘附能力，粘附強度隨著IL含量增加而升高。此外，PNIPAM離子凝膠的親疏水轉(zhuǎn)變能力使得其表現(xiàn)出溫度管理的粘附/脫粘附特性。離子液體的引入賦予了PNIPAM離子凝膠導(dǎo)電能力，使其可作為柔性傳感器實現(xiàn)應(yīng)變和人體運動的檢測。圖5 PNIPAM離子凝膠的柔性傳感應(yīng)用
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202405965
