離子液體凝膠是一種以離子液體為分散介質(zhì)、具有三維交聯(lián)高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的軟材料。相比于水凝膠，離子液體凝膠具有離子導(dǎo)電、不揮發(fā)、熱化學(xué)穩(wěn)定、工作溫度范圍大以及電化學(xué)窗口寬等優(yōu)點，因此在可穿戴電子設(shè)備、能量存儲設(shè)備、驅(qū)動器和傳感器等柔性電子領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。然而，目前大多數(shù)離子液體凝膠的力學(xué)性能普遍較差（強(qiáng)度<1 MPa、韌性<1 kJ/m2和模量<1 MPa），嚴(yán)重限制了其在更廣泛應(yīng)用場景下的使用。例如，高模量高強(qiáng)韌的離子液體凝膠可以作為鋰離子電池中的聚合物電解質(zhì)隔膜，通過抑制鋰枝晶的生長和抵抗外部沖擊來緩解短路等安全問題。為此，人們基于雙網(wǎng)絡(luò)、點擊化學(xué)等設(shè)計原理開發(fā)了一系列新型離子液體凝膠，但仍存在性能提升有限、材料體系復(fù)雜以及制備工藝繁瑣等問題。

鑒于此，西安交通大學(xué)胡建教授聯(lián)合北卡羅來納州立大學(xué)Michael Dickey教授提出了一種基于原位相分離的簡單通用設(shè)計原理，通過一步法快速無規(guī)共聚使溶解性質(zhì)迥異的兩種聚合物組分在離子液體中原位形成雙連續(xù)相分離結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了離子液體凝膠強(qiáng)度(12.6 MPa)、韌性(24 kJ/m2)、模量(46.5 MPa)和可拉伸性(600%)同時提升以及自恢復(fù)、自愈合、形狀記憶、抗溶脹和可3D打印等功能集成，并從相分離結(jié)構(gòu)角度揭示了高力學(xué)性能和多功能性的工作機(jī)制。該研究表明，離子液體凝膠的高強(qiáng)度和高模量來源于連續(xù)硬相，高韌性來源于硬相中的氫鍵能量耗散（犧牲鍵增韌原理）和軟硬相互穿的相分離結(jié)構(gòu)（減小裂紋尖端的應(yīng)力集中），高拉伸性來源于連續(xù)軟相的大變形，而自恢復(fù)、自愈合、形狀記憶等多功能性則源于凝膠硬相中的氫鍵斷裂與重排。原位相分離技術(shù)適用于各種常見的單體和離子液體，且不需要傳統(tǒng)相分離技術(shù)所必需的繁瑣后處理操作（如溶劑交換、熱處理、外力誘導(dǎo)等），有助于相關(guān)研究人員方便地制備高力學(xué)性能離子液體凝膠并拓展其應(yīng)用空間。

以上研究成果以《基于原位相分離制備高強(qiáng)韌可拉伸離子液體凝膠》（Tough and stretchable ionogels by in situ phase separation）為題于2月21日在線發(fā)表在《自然材料》（Nature Materials）上。論文第一作者為王美香博士，西安交通大學(xué)胡建教授和北卡羅來納州立大學(xué)Michael Dickey教授為共同通訊作者。論文第一單位為西安交通大學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動國家重點實驗室。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和西安交通大學(xué)青年拔尖人才支持計劃等項目的資助。