葛锜教授 Nat. Commun: 高导电性和可拉伸的纳米结构离子凝胶，用于具有优越性能的3D打印电容传感器

离子凝胶具有出色的离子导电性、可拉伸性和热稳定性，是离子电子学的理想候选材料。然而，要开发出具有优异电气和机械性能的可三维打印离子凝胶却很困难。在此，我们报告了一种用于三维打印离子电子传感器的高导电性和可拉伸纳米结构（CSN）离子凝胶。我们提出了光聚合诱导微相分离策略来制备CSN离子凝胶，它由连续导电纳米通道和交联聚合物框架交织而成。制备出的CSN离子凝胶同时具有高离子电导率（超过3 S m-1）、高拉伸性（超过1500%）、低滞后性（50%应变时为0.4%）和宽温度范围的热稳定性（-72至250 °C）。此外，它与DLP 3D打印技术的高兼容性使我们能够制造出具有高分辨率（高达 5 μm）的复杂离子凝胶微架构，从而制造出具有卓越传感性能的电容式传感器。所提出的CSN离子凝胶为制造具有更高性能的下一代电容式传感器铺平了一条有效的道路。

图文简介

CSN离子凝胶的合成与表征

CSN离子凝胶的热机械性能和电学性能

CSN离子凝胶的3D打印

基于CSN离子凝胶的3D打印电容式传感器的设计及传感机理研究

3D打印CSN离子凝胶电容传感器的传感性能

机器人手-传感器集成与多路传感阵列

在这项工作中，我们开发了用于3D打印电容式传感器的CSN离子凝胶。我们提出了一种光聚合诱导微相分离策略来制备BA-PEGMA离子凝胶，其中PEGMA分子在聚合物网络中形成连续的微通道，以促进离子传输。这种策略使我们能够在不牺牲可印刷性和机械性能的前提下赋予离子凝胶高导电性。所开发的CSN离子凝胶具有高离子电导率、高拉伸性、低滞后性、宽温度范围的热稳定性和耐湿性。更重要的是，由于与DLP三维打印技术高度兼容，我们可以制造出具有高分辨率的复杂CSN离子凝胶微结构。我们的3D打印EDL电容式传感器具有卓越的传感性能，如高灵敏度、高线性度、快速动态响应、出色的循环稳定性和宽工作温度范围。我们进行了多次演示，以展示3D打印传感器的卓越传感性能。我们使用打印传感器实时监测人体的深呼吸和吞咽以及脉动。我们将打印传感器集成到一个机器人抓手上，它可以在-30 °C到150 °C的宽温度范围内感知抓取信号，并在抓取各种物体时收集不同的信号组合。我们进一步构建了一个由4 × 4印刷传感器组成的压力传感器阵列，用于实时高分辨率压力绘图。所提出的CSN离子凝胶为制造性能更强的基于离子凝胶的电容式传感器铺平了一条有效的道路。

论文信息

通讯作者：Qi Ge