本文介绍了一项由Yu Tan、Huan Chen、Wenbing Kang和Xu Wang等研究人员在《Macromolecules》期刊上发表的原创研究，题为“Versatile Light-Mediated Synthesis of Dry Ion-Conducting Dynamic Bottlebrush Networks with High Elasticity, Interfacial Adhesiveness, and Flame Retardancy”。该研究于2022年10月25日发表，主要研究领域为高分子材料科学，特别是离子导电弹性体的合成与应用。

研究背景

离子导体在软电子设备、可穿戴传感器、软体机器人等领域具有广泛的应用前景。然而，传统的离子导电凝胶（如水凝胶和离子凝胶）存在液体蒸发或泄漏的问题，限制了其长期稳定性和安全性。相比之下，干燥的离子导电弹性体具有更好的稳定性和安全性，但其离子导电性通常较低。为了提高干燥离子导电弹性体的性能，研究人员提出了一种基于“瓶刷结构”（bottlebrush architecture）的新型材料设计思路。瓶刷结构能够有效减少聚合物链的缠结，从而提高离子导电性和机械柔韧性。

研究目标

本研究旨在开发一种新型的光介导合成方法，用于制备具有动态瓶刷网络结构的干燥离子导电弹性体（Dry Ion-Conducting Dynamic Bottlebrush Networks, DICDBNs）。通过优化材料的侧链长度和交联度，研究人员希望获得具有高离子导电性、优异机械性能、界面粘附性、阻燃性和自修复能力的多功能材料，以应用于可穿戴电子设备等领域。

研究方法

研究分为以下几个步骤： 1. 材料合成：研究人员通过光诱导的开环聚合反应，合成了基于α-硫辛酸（LA）修饰的聚乙二醇（PEG）的动态瓶刷网络。具体来说，单端和双端LA修饰的PEG分别作为侧链和交联剂，通过紫外光照射引发聚合反应，形成DICDBNs。 2. 材料表征：研究人员对合成的DICDBNs进行了系统的表征，包括透明度、热稳定性、机械性能、离子导电性、玻璃化转变温度等。通过热重分析（TGA）、拉伸测试、电化学工作站等手段，评估了材料的物理化学性能。 3. 性能优化：通过调整侧链长度和交联剂的比例，研究人员优化了DICDBNs的性能。最终，选择了一种具有最佳离子导电性和机械性能的材料（M5KB10K-2/1）进行进一步研究。 4. 应用测试：研究人员将DICDBNs应用于应变传感器和温度传感器，测试了其在不同应变和温度下的电阻变化，验证了其在可穿戴电子设备中的潜在应用。

主要结果

1. 高透明度和可定制性：合成的DICDBNs具有高透明度（550 nm波长下透光率达90%），并且可以通过光刻技术进行图案化。
2. 优异的机械性能：优化后的DICDBNs具有高拉伸性（断裂伸长率达923%）和良好的弹性恢复能力（100次拉伸循环后韧性恢复率达83.3%）。
3. 高离子导电性：M5KB10K-²⁄₁ DICDBNs在室温下的离子导电性达到2.05 × 10^-4 S/cm，优于许多传统的干燥离子导电材料。
4. 阻燃性和自修复能力：DICDBNs表现出优异的阻燃性（通过UL-94 V0级测试）和自修复能力（8小时紫外光照射后修复效率达90.5%）。
5. 界面粘附性：DICDBNs能够牢固地粘附在各种金属和聚合物表面，粘附强度在10 kPa到38 kPa之间。

研究意义

本研究开发了一种新型的光介导合成方法，成功制备了具有多功能特性的干燥离子导电弹性体。这些材料不仅具有高离子导电性和优异的机械性能，还具备阻燃性、自修复能力和界面粘附性，为可穿戴电子设备、软体机器人等领域的应用提供了新的材料选择。此外，该研究还为其他多功能材料的合成提供了新的思路和方法。

研究亮点

1. 创新的合成方法：光介导的合成方法无需添加剂或额外的脱氧操作，简化了材料制备过程。
2. 多功能集成：DICDBNs集高离子导电性、高弹性、阻燃性、自修复能力和界面粘附性于一体，展示了其在多种应用场景中的潜力。
3. 广泛的应用前景：该材料不仅适用于应变和温度传感器，还可用于光电阻、固态电解质、纳米发电机等领域。

结论

本研究通过光介导的合成方法，成功制备了具有动态瓶刷网络结构的干燥离子导电弹性体。这些材料在离子导电性、机械性能、阻燃性、自修复能力和界面粘附性等方面表现出色，展示了其在可穿戴电子设备和其他软电子应用中的巨大潜力。未来的研究可以进一步探索这些材料在其他领域的应用，并优化其性能以满足更多实际需求。