*本文只做阅读笔记分享*
一、研究背景
大家好！今天咱们来聊聊离子导电弹性体这个超厉害的材料！在现代科技的浪潮中，可穿戴设备和可拉伸电池那可是热门中的热门，而可拉伸弹性材料对于它们来说，就像心脏对于人体一样重要。咱们理想中的这种材料，要具备高强度、高韧性，还得有良好的离子导电性。但是要同时实现这些性能，仍然是一个挑战。
以前的那些材料，各有各的问题。比如说离子凝胶，虽然导电性还不错，但是机械性能软趴趴的没什么力气。而无液体离子导电弹性体呢，虽然在某些方面还行，但是在离子导电性和机械性能之间总是搞不定，顾了这个就顾不了那个。这就导致它们在实际应用中，总是差那么一点意思。
二、实验设计与合成
那这个离子导电弹性体是怎么来的呢？这就不得不提到它的合成过程，每一个步骤都至关重要。
首先，在材料选择上，科学家们精心挑选了乙二醇甲醚丙烯酸酯（MEA）和异冰片基丙烯酸酯（IBA）作为单体。然后呢，双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）作为电解质盐，它可是让材料具备离子导电性的关键。再加上聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）这个交联剂，以及2-羟基-2-甲基苯丙酮（HMP）这个紫外光引发剂，它们就像一群默契的小伙伴，共同为合成离子导电弹性体努力。
接下来就是合成步骤。第一步，先合成填充网络（FN）。就像搭积木一样，把MEA和IBA按照一定比例混合，再加入LiTFSI、PEGDA和HMP，然后放在紫外光下照射2小时，这样就得到了透明的填充网络。第二步，把这个填充网络放到另一种溶液里溶胀，这个溶液里也有MEA、LiTFSI、PEGDA和HMP，在低温下让它慢慢溶胀到平衡状态。最后，再给它来一次紫外光照射聚合，含预拉伸FN的离子导电弹性体就诞生。通过改变一些条件，比如LiTFSI的浓度或者单体的组成，就能合成出各种各样性能不同的离子导电弹性体。
三、性能测试与结果讨论
3.1机械性能
合成出来的离子导电弹性体到底有多厉害？咱们先来看看它的机械性能。科学家们对哑铃形的样品进行了单轴拉伸测试，这就像是在拉橡皮筋一样，看看它能承受多大的拉力。结果发现，所有材料的断裂伸长率都大于4，这意味着什么呢？就好比这个材料可以像超级弹簧一样，拉伸很长都不会断，对于软可拉伸设备来说，这个性能简直太棒啦。
而且哦，随着预拉伸的增加，这个材料在室温下的强度和断裂能就像打了鸡血一样，蹭蹭往上涨。比如说的P(MEA-co-IBA)(2.36)-ICE(1)和的P(MEA-co-IBA)(1)-ICE(1)相比，前者在断裂应力、刚度、断裂能和离子电导率等方面都有了显著的提升。和之前报道的那些无液体可拉伸离子导电聚合物相比，咱们这个MNE结构的ICE就像个全能选手，在各个方面都表现得更加出色。
3.2离子导电性
除了机械性能，离子导电性也是这个材料的一大亮点。科学家们用电化学阻抗谱（EIS）来测量它的离子电导率。在不同的温度下，这个材料的表现可有趣了。在室温的时候，P(MEA-co-IBA)(1)-ICE(1)（也就是填充网络）的离子电导率比那些预拉伸后的材料要低，但是随着温度升高，它们之间的差距就慢慢变小了。这是为什么呢？原来是因为单体组成和玻璃化转变温度在捣鬼。当温度升高时，材料的粘弹性发生了变化，离子们就更容易移动了，所以离子电导率的行为也变得相似起来。
还有，如果把共聚物P(MEA-co-IBA)网络换成均聚物P(MEA)网络，离子电导率会更高。这就像是给材料换了一个更顺畅的“跑道”，让离子们可以跑得更快（解释均聚物提高离子电导率的原因，可提及均聚物中导电醚基团浓度和玻璃化转变温度的影响）。另外，预拉伸对离子电导率也有一定的影响，不过在温度远远高于玻璃化转变温度的时候，这个影响就不是很大了。
3.3温度影响
在高温下，不同结构的ICE表现出了截然不同的特性。单网络ICE（比如P(MEA-co-IBA)(1)-ICE(1)）就像个怕热的宝宝，拉伸性下降得非常明显，而MNE结构的ICE（像P(MEA-co-IBA)(1.53)-ICE(1)和P(MEA-co-IBA)(2.36)-ICE(1)）就坚强多了，拉伸性下降得不太明显。
特别是的样品，在80°C的时候还能保持较高的强度。这是因为多重网络弹性体有自己的增韧秘诀，预拉伸的填充网络就像一个个小盾牌，可以稀释高度预拉伸的链，还能创建大的损伤区来吸收能量，这样裂纹就很难扩展。
循环加载性能也是衡量这个材料好坏的重要指标。科学家们对不同预拉伸下的P(MEA-co-IBA)( λ0)-ICE(1)样品进行了循环加载实验，就像让它们反复做运动一样。结果发现，所有的ICE样品在第一次循环的时候都比较“累”，滞后环比较大，但是后面几次循环就慢慢适应了，滞后环变小了。而且，MNE结构的ICE在循环过程中就像个耐力选手，杨氏模量下降得几乎可以忽略不计，而填充网络单独存在的时候，杨氏模量就像坐过山车一样，下降得非常厉害。同时，MNE结构的ICE在能量耗散方面也表现得很出色，耗散比比较低，这意味着它在循环变形中可以更有效地利用能量。
四、结论
通过巧妙的设计，成功开发出了基于MNE结构的离子导电弹性体。嵌入的预拉伸网络让它拥有了超高的刚度，而低聚合物则保证了它的高链段迁移率。这样一来，它就同时具备了高韧性、低残余变形和良好的离子导电性。
这个材料可以应用在可拉伸离子电子器件中，让我们的电子设备变得更加柔软可穿戴；在可穿戴设备和生物电子学领域，它可以和我们的身体亲密接触，为健康监测等提供支持；甚至在锂离子电池的聚合物电解质方面，它也有望发挥重要作用。虽然它还有一些小缺点，比如模量可能还不够高，在防止锂金属电极枝晶生长方面还有待改进。
五、一起来做做题吧
1、以下哪种材料在稳定性方面存在问题，限制了其在可拉伸离子电子器件中的广泛应用？
A. 离子凝胶
B. 无液体离子导电弹性体
C. 含锂盐的拉伸性聚合物网络
D. 聚合离子液体
2、在合成离子导电弹性体（ICE）的过程中，填充网络（FN）是通过什么聚合方式合成的？
A. 阴离子聚合
B. 阳离子聚合
C. 自由基紫外光聚合
D. 缩聚反应
3、随着预拉伸的增加，P (MEA - co - IBA)( λ0)-ICE (1) 系列材料的室温断裂能呈现什么变化趋势？
A. 先减小后增加
B. 持续减小
C. 先增加后减小
D. 持续增加
4、在高温下，哪种因素对 P (MEA - co - IBA)()-ICE (1) 离子电导率的影响相对较小？
A. 预拉伸
B. 单体组成
C. 玻璃化转变温度
D. 锂盐含量
5、在高温下，MNE 结构的 ICE 相比于单网络 ICE，在拉伸性方面表现出什么优势？
A. 拉伸性显著提高
B. 拉伸性下降不明显
C. 拉伸性不变
D. 拉伸性先增加后下降
6、基于 MNE 结构的离子导电弹性体在锂离子电池中作为聚合物电解质的主要优势是什么？
A. 高模量可有效防止锂金属电极枝晶生长
B. 高离子电导率有利于电池快速充放电
C. 高韧性可避免电池在使用过程中因形变而损坏
D. 低毒性对环境友好
参考文献：
Yiming, B., A. et al. Elastic, strong and tough ionically conductive elastomers. Nat Commun 16, 431 (2025).
