南京林业大学陈敏智/周晓燕团队 Adv. Mater.:基于盐析效应调控离子凝胶机械强度
- 2026-03-23 11:54:48
图1 盐析效应调控凝胶机械强度机理示意
机械性能可编程凝胶在新型柔性电子设备开发中具有重要意义。近期，南京林业大学材料科学与工程学院陈敏智副教授、周晓燕教授团队设计了一种基于氯化胆碱和聚丙烯酸（ChCl - PAA）的机械可编程离子凝胶，其中氯化钙（CaCl₂）是关键的结构调节剂。通过动态可控的盐析策略，形成了一种晶体域锁定结构，从而提高了机械强度。冷却速率决定了最终的微观结构和机械性能。以每分钟- 20℃的速率快速冷却会产生大量有缺陷的CaCl₂晶格，这些晶格通过配位作用有效地诱导PAA链相互渗透，并形成局部的“晶体锁”，进而产生一个刚性网络（杨氏模量为448 ± 14.21 MPa）。相反，以每分钟 - 2℃的速率缓慢冷却会促进大尺寸、紧密堆积的CaCl₂晶体生长，减少聚合物- 晶体耦合，并产生相分离形态。因此，缓慢冷却的离子凝胶表现出显著较高的断裂伸长率（687 ± 18%）和明显降低的杨氏模量（11.6 ± 1.15 MPa）。总体而言，这种动态可控的盐析策略能够实现跨度达四个数量级的可逆分级模量调节，在可重新编程的自适应设备、湿度驱动的能量收集器、快速响应火灾报警器以及在刚性和延展性状态之间切换的双稳态传感器等方面具有广泛应用。这些发现为具有机械可编程强度、导电性和多功能刺激响应性的自适应聚合物 - 无机杂化系统提供了一种通用的设计策略。
2026年3月21日，该工作以“Mechanically Programmable Ionogels through a Dynamic Salting-Out Strategy”为题发表在《Advanced Materials》上（Adv Mater 2026, e23597）。文章第一作者是南京林业大学硕士生张国航。该研究得到国家自然科学基金的支持。
图2 冷却热历史调控的盐析结构及其机械性能变化
图3 数值模拟与盐析机制的提出
图4 利用热历史调控实现形状记忆、塑形、传感识别等应用
该工作是团队在凝胶传感材料相关领域的最新进展之一。近年来，围绕凝胶材料的力电耦合矛盾，团队采用双网络增强（Adv Funct Mater 2023, 33(36): 15）、微相分离结构增强（Chem Eng J 2025, 505: 13）、生物质模板限域（Chem Eng J 2025, 518: 12；Ind Crop Prod 2022, 187: 11）等策略，实现凝胶从分子结构到微纳结构的多尺度耗散，在刚性和韧性等力学性能精准调控的同时，实现离子迁移能力的协同提升。
原文链接：
http://doi.org/10.1002/adma.202523597
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