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标签：学科前沿

关键词：离子液体离子凝胶相变离子导体-绝缘体转变(ICIT)

近些年，很多研究者致力于开发柔性离子材料，如开关、二极管、晶体管等，它们具有与传统电子器件相似的功能。而在此基础上，部分材料具有离子导体-绝缘体转变(ICIT)现象，能够实现可转换离子开关。这种现象有望促进并实现下一代离子器件的创新应用，例如基于离子的传感器、致动器和控制电路等。与基于电子的可延展电子器件不同，实现离子导电性的可逆调控在离子导电材料中是一项具有挑战性的任务。目前，大多数报告的ICIT是由外部光源控制，但是多显示出延展性差，离子导电性变化有限，设计复杂等缺点。因此，开发延展性好、离子电导率变化幅度大、设计简单的ICIT至关重要。

图1.带有可逆ICIT的PTIG概念示意图。PTIG是一种凝胶，其中，可相变IL固定在软聚合物基质中，在室温下均一透明。IL在绝缘聚合物网络中形成连续导电相，提供良好的导电性。当冷却到相变温度时，由于IL的一阶固-液相变，导体-绝缘体会发生急剧转变，而在升温后则相反。

（图片来源：Adv.Funct.Mater.）

作为一种典型的离子导电材料，离子液体(ILs)是室温下的熔融盐，具有低蒸汽压、良好的热稳定性、宽的电化学窗口和不易燃等优点。更重要的是，几乎无限的阳离子和阴离子组合赋予了结构设计的灵活性和性质多样性。因此，香港中文大学（深圳）理工学院的张祺等人提出在软聚合物基体中使用ILs的一阶液-固相变，为调节离子电导率提供一种简便的方法。这种开关机制可以很容易地通过冷却和加热来减弱或增强离子迁移。该材料在室温时，离子载体在聚合物链网络中移动并实现离子传导。当材料被冻结，载体固定在晶格中时，材料变得绝缘，但是在加热后导电率可以恢复。基于这一原理，相转化离子凝胶(PTIG)被认为是非常有前途的，可用于制备具有ICIT性能的离子凝胶器件，同时具有高导电性、强的机械性能和可拉伸性。

图2.PTIGs的制备与相变

（图片来源：Adv.Funct.Mater.）

图3.PTIG导体-绝缘体过渡。a)PTG电路的照片显示，在室温下，蓝色发光二极管亮起，在结冰时熄灭，在再次升温时又重新亮起。b)

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和c)??与温度的函数。d)冻结(?20°C)和熔化(25°C)状态下PTIG的Bode图，其中填充的正方形和未填充的圆圈分别为

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和??。e)在kHz的试验频率下，在冻结(?20°C)和熔化(25°C)状态之间的20个循环期间，

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(■)和??(○)

（图片来源：Adv.Funct.Mater.）

文章介绍的相变离子凝胶(PTIG)在-15℃的温和转变温度下，表现出可逆的导体-绝缘体转变，其离子电导率发生了非常剧烈的变化（约倍）。

图4.相变过程中PTIGs的物理性质。

（图片来源：Adv.Funct.Mater.）

此外，这种独特的材料显示出良好的拉伸性(%)，高透明度（在可见光范围内97%的透射率），以及良好的稳定性。

图5.基于PTIGs的长储能电容器演示

（图片来源：Adv.Funct.Mater.）

作者还利用这种离子凝胶材料制备了一种性能良好的长期储电容器。因此，新型PTIG在柔性离子电子学的发展中具有潜在的应用前景。此外，利用这些材料很容易获得良好的透明度，这有望在光学离子器件中应用。

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