“超级皮肤”、水凝胶:我们距离自修复的钙钛矿太阳能还有多远?( 二 )


“超级皮肤”、水凝胶:我们距离自修复的钙钛矿太阳能还有多远?
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水凝胶自愈机理
水凝胶是由亲水性高分子交联而成的三维网络体系 , 不同的交联方式会赋予水凝胶不同的性质 , 比如氢键交联、光交联、pH 响应交联等 。 由具有动态特性的交联网络构建形成这种材料具有本征性的自愈性 , 因此设动态可逆的交联作用是制备自愈合水凝胶的关键 。 可逆交联作用一般分为可逆共价键作用(如亚胺键)和可逆非共价键作用(如氢键) 。 一方面动态化学键对多种环境刺激具有响应性 , 另一方面可对外界破坏造成的损伤进行自我修复 , 能自我调节以适应环境变化 , 为将自愈性水凝胶开发为自适性多功能智能新材料的发展奠定了基础 。
“人造皮肤”登上《Nature》子刊
可伸缩离子皮肤 , 在模拟自然皮肤的多种感觉方面很有潜力 。 然而 , 对于它们在先进电子领域的应用来说 , 良好的弹性恢复、自我修复 , 以及更重要的是 , 类似于皮肤的非线性力学响应(应变加强)是必不可少的 , 但很少能在一种材料中同时满足 。
在此 , 来自东华大学的孙胜童&武培怡等研究者 , 通过在氢键聚羧酸网络中引入一个熵驱动的超分子两性离子可重组网络 , 展示了一个健壮的质子导电离子皮肤的设计 。 显示了非凡的应变硬化、完全自愈合、超高拉伸能力、出色的弹性恢复、高透明度、空气稳定性 , 抗冻性和自粘性等 。
“超级皮肤”、水凝胶:我们距离自修复的钙钛矿太阳能还有多远?
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众所周知 , 人类皮肤可以从伤口中自动愈合 , 恢复其机械和电子特性 。 更有趣的是 , 不像大多数的弹性材料 , 皮肤显示了非线性的J-型应力应变力学响应(应变-加强) 。 这种独特的力学响应行为是自然界的关键防御机制之一 , 它是由坚硬的胶原纤维组成的复合结构 , 以抵抗变形和交织的弹性蛋白网络来保证弹性反冲 。 与之形成鲜明对比的是 , 尽管这些机械性能对于类似皮肤的可穿戴电子设备的顺应性、可愈合性和自我保护性也是非常理想的 , 但能够模仿自然皮肤的全方位感觉、自愈合和应变硬化特性的人工离子皮肤仍然很少见 。
虽然高伸缩性和自愈合离子皮肤已有大量报道 , 但大多数合成离子导体是应变软化 。 可拉伸离子导体的弹性、自愈性和应变硬化之间常常存在矛盾 。 在传统弹性体中 , 良好的弹性依赖于强共价键交联 , 这允许材料在熵增益的驱动下完全恢复其原始状态 。 相比之下 , 自愈通常是通过再生动态非共价键来重组内在的弹性网络 。 而迄今为止 , 还没有同时兼具有良好弹性、完全自愈合和独特应变强化性能的可拉伸离子导体的报道 。
“超级皮肤”、水凝胶:我们距离自修复的钙钛矿太阳能还有多远?
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离子弹性体作为皮肤传感器 , 可以对应变和温度的变化做出及时响应 , 并与弹性导电织物进一步集成 , 作为感知压力变化的离子智能传感器 , 在可穿戴电子领域显示出巨大的潜力 。 与之前报道的水凝胶、有机水凝胶、离子凝胶和离子导电弹性体等离子皮肤材料相比 , 目前的弹性体显示了非凡的应变硬化、完全自愈合、超高拉伸能力、出色的弹性恢复、高透明度、空气稳定性 , 抗冻性和自粘性等 。 该研究可能会激发一系列仿生材料 , 在传感器、可穿戴电子产品、智能纺织品、人机界面等方面的各种应用 。
如果太阳能电池也可以“自我修复”

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