離子凝膠（ionogels）是一種具有離子導電性的固態混合物，通常是由高分子有機聚合物和可電解為離子的鹽類電解質材料混合而成，因其聚合物分子鏈互相連接或纏繞，形成空間網狀結構，結構空隙中充滿了作為分散介質的陰陽離子，與傳統凝膠的結構相似，因而稱其為“離子凝膠”。目前，市場上對柔性和可拉伸的電子設備的需求逐漸增長，從而導致了對可拉伸的透明導體材料的巨大需求。但是通常金屬、碳納米管或石墨烯等電子導體本質上是不可拉伸的，因此需要採用幾何結構或成形複合材料來增強可拉伸性。然而，這種可拉伸的電子導體不能承受大的機械應變，且其複雜的幾何結構降低了光學透明度，同時其製造工藝複雜、成本高、成品率低，不利於大規模應用。
雖然導電水凝膠具有製備簡單、可拉伸性高、順應性好、光學透明度稿和生物相容性好等優點，但是潮溼的環境容易導致電學性能不穩定。此外，水性電解質對金屬電極具有化學腐蝕性，並面臨在大氣中蒸發的風險，嚴重限制了其使用壽命。最近，由離子液體（ILs）聚合物網絡組成的離子凝膠由於其獨特的特性（高離子電導率、不揮發性、高熱穩定性和化學穩定性等優點）而被廣泛
關注。同時，離子凝膠由於其卓越的熱性能而具有較寬的工作溫度範圍。但是目前大多數離子凝膠的機械性能較差，並且部分離子凝膠在各種環境中不穩定。因此，現在製備出機械強度高、穩定的透明離子凝膠仍十分具有挑戰性。 基於上述問題，中國科學院理化技術研究所的江雷研究員和劉洪亮副研究員共同報道了一種具有高離子電導率、機械強度高且超穩定的透明離子凝膠。其中，室溫離子液體（ILs），即1-乙基-3-甲基咪唑鎓雙（三氟甲基磺酰基）酰亞胺（[C2mim] [NTf2]）通過氫鍵與聚（丙烯酸乙酯）（PEA）基彈性體結合（圖1a）。
圖1、利用氫鍵作用製備了機械強度高且超穩定的透明離子凝膠。a）[NTf2]陰離子與PEA基質之間的氫鍵作用示意圖；b）0.34 mm厚的離子凝膠在可見光範圍內（波長400~800 nm）的透射率；c）離子電導率與測試溫度的關係圖；d）離子凝膠（IG0.34-10％）在10 mm min-1拉伸速率下的拉伸應力應變曲線；e）光學圖像顯示離子凝膠樣品可以承受高水平的機械變形。
同時，彈性體與基於[NTf2]的ILs具有良好的相容性，即是與陽離子相比，[NTf2]陰離子對與彈性體的分子相互作用的貢獻更大。疏水離子凝膠顯示出超拉伸性（高達5000％）、高透明性（平均透射率，可見光95％）和超韌性（約4.7 kJ m-2）。
圖2、確認離子凝膠中的分子相互作用。a）在室溫下，暴露於含有[NTf2]陰離子的純ILs的彈性體的溶脹動力學；b）基於咪唑類的離子液體中具有不同陰離子彈性體的溶脹動力學；c）分別為20wt％[C2mim] [NTf2]（左）和20 wt％[C2mim] [DCA]（右）的照片；d）橫截面DN0.34和IG0.34的元素映射圖像；e）陰離子拉伸區域的ATR-FTIR光譜；f）脂肪族C-H拉伸區域的ATR-FTIR光譜；g）[C2mim] [NTf2]、EA和[C2mim] [NTf2]/EA在CDCl3中的1H NMR譜。
此外，該離子凝膠具有高的熱穩定性、高的電壓穩定性、空氣穩定性、耐溼性、強的自粘穩定性以及對金屬電極的不腐蝕等優點。通過直接使用離子凝膠製備的應變傳感器，發現該傳感器即使在高真空條件（6×10-4 Pa）、低溫（-70℃）和高溫（100℃）以及99％的相對溼度等惡劣環境條件下仍舊可以高效的運行。
圖3、離子凝膠在極端環境中的應用。a）即使在惡劣的環境條件下，該離子凝膠傳感器也可用於監測機械運動；b）在連續的步進和保持測試下，傳感器在室溫下的相對電阻變化；c-f）在高真空（6×10-4 Pa）（c）、高溫（100℃）（d）、低溫（-70℃）（e）和99％的相對溼度（f）下檢測假肢手指彎曲釋放運動的傳感器的電阻信號響應。
綜上所述，作者通過PEA彈性體和基於[NTf2]離子液體（ILs）之間的氫鍵作用成功製備了具有機械強度高且超穩定的透明離子凝膠，並展示了其用作柔性皮膚傳感器的機械性導體的用途。其中，ILs與彈性體的分子相互作用主要由[NTf2]陰離子所決定。高導電性和熱穩定性的離子凝膠具有疏水性和非揮發性，並且表現出牢固的附著力，對金屬電極沒有化學腐蝕性。當使用超穩定離子凝膠作為傳感器時，即使在惡劣的環境（高真空、高/低溫和高溼度）條件下，也可以有效監控各種運動行為。鑑於ILs和聚合物的多樣性，或許可以將該策略擴展到製備具有各種功能（自愈能力、發光或響應能力等）的柔性材料。總之，該工作中報道的離子凝膠製備方法是一種經濟高效的簡便製造方法，將極大的拓寬可拉伸透明電子器件的領域。
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https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/mh/c9mh01699f#!divAbstract
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