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圖1. 離子凝膠的組成及其相互作用。通過(guò)DMA將離子凝膠的機(jī)械性能與光物理性能關(guān)聯(lián)起來(lái)，類(lèi)似人腦通過(guò)連接視覺(jué)和觸覺(jué)來(lái)感知物質(zhì)

作者將兩性發(fā)色團(tuán)(QCl)摻雜進(jìn)聚丙烯酸(PAA)中，以1-乙基-3-甲基咪唑鎓對(duì)甲苯磺酰鹽(TsO)為離子液合成了離子凝膠(PAA-TsO)，其中PAA-TsO (125)的離子凝膠展現(xiàn)出強(qiáng)韌的力學(xué)性能，可以提起25 kg的重量。即使在經(jīng)過(guò)不同程度拉伸后，離子凝膠仍能保持其長(zhǎng)壽命磷光。為了探究該策略的普適性，作者還合成了一系列不同聚合物組成、不同離子液種類(lèi)的室溫磷光離子凝膠(圖2)。

圖2. 離子凝膠的機(jī)械性能與光物理性能

離子凝膠能實(shí)現(xiàn)可拉伸性與長(zhǎng)壽命磷光的重要原因是離子凝膠內(nèi)部存在大量的非共價(jià)鍵作用(氫鍵和靜電作用)，進(jìn)而限制了各組分的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)內(nèi)部氫鍵被破壞 (氨氣處理1 h)以及靜電作用移除 (將離子液或兩性發(fā)色團(tuán)替換為中性分子) 后，材料的磷光壽命以及力學(xué)性能發(fā)生了下降(圖3)。

圖3. 離子凝膠的可逆動(dòng)態(tài)相互作用

此外，通過(guò)模擬計(jì)算也證明了離子凝膠各組分之間的強(qiáng)相互作用，以及PAA網(wǎng)絡(luò)能有效促進(jìn)系間竄越過(guò)程(圖4)。

圖4. 通過(guò)模擬計(jì)算驗(yàn)證各組分的相互作用以及能級(jí)圖

結(jié)合變溫磷光光譜、變溫磷光衰減曲線、DMA譜圖以及變溫拉伸曲線，作者通過(guò)DMA將離子凝膠的機(jī)械性能與光物理性能關(guān)聯(lián)起來(lái)。此外，不同離子液含量與不同離子液種類(lèi)的離子凝膠同樣展現(xiàn)出力學(xué)-DMA-光學(xué)的相關(guān)性(圖5)。

圖5. 通過(guò)DMA將離子凝膠的機(jī)械性能與光物理性能關(guān)聯(lián)

最后，作者探索了離子凝膠在信息加密、極端環(huán)境下的柔性磷光以及形狀記憶與形狀重塑方面的潛在應(yīng)用(圖6)。

圖6. 離子凝膠在信息加密、極端環(huán)境以及形狀記憶與重塑方面的應(yīng)用