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作者及发表信息
本研究由Puqing Yao、Qiwen Bao、Yuan Yao、Meng Xiao、Ziyang Xu、Jianhai Yang*（通讯作者）和Wenguang Liu*（通讯作者）合作完成。作者单位包括天津大学材料科学与工程学院（Tianjin Key Laboratory of Composite and Functional Materials）和精密仪器与光电子工程学院（The State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments）。研究发表于Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.202300114），目前处于已接受但未最终排版的状态。
学术背景
本研究属于柔性电子传感器领域，聚焦于温度传感器材料的开发。传统柔性温度传感器（如基于水凝胶或离子液体的材料）存在环境稳定性差（水凝胶易蒸发）、成本高（离子液体合成复杂）或机械性能不足等问题。因此，作者提出利用深共晶凝胶（deep eutectic gels, DEGs）作为替代材料，通过结合氢键和偶极-偶极相互作用，设计了一种兼具高机械强度、环境稳定性和温度敏感性的新型材料。研究目标包括：
1. 开发一种基于可聚合深共晶溶剂（polymerizable deep eutectic solvent, DES）的凝胶；
2. 通过调控分子间相互作用（如酰胺基氢键和氰基偶极作用）优化材料性能；
3. 验证其作为无线温度传感器和压力传感器的应用潜力。
研究流程与方法
1. DES的制备与表征
- 材料合成：将含酰胺基和氰基的N-氰甲基丙烯酰胺（NCMA）与双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI）混合，加热搅拌形成透明液态DES。
- 表征手段：
- 差示扫描量热法（DSC）：确认DES的玻璃化转变温度（最低达-53.6℃）。
- 傅里叶变换红外光谱（FTIR）：分析氢键（NH振动峰蓝移）和Li-N配位键（C≡N峰位移）。
- 流变学测试：证明DES具有牛顿流体行为，黏度随温度升高而降低。
2. 深共晶凝胶（PNCMA凝胶）的制备
- 光聚合反应：在DES中添加光引发剂，通过紫外光引发聚合，形成物理交联网络。
- 结构分析：
- X射线衍射（XRD）：显示非晶态结构。
- 小角X射线散射（SAXS）：证实LiTFSI均匀分散于凝胶网络中。
3. 性能测试
- 机械性能：
- 拉伸测试显示PNCMA-78凝胶的拉伸强度达12.94 MPa，断裂能45.3 kJ/m²。
- Rivlin-Thomas纯剪切测试：验证其高抗撕裂性。
- 粘附性能：对铝、陶瓷等多种基材的粘附强度最高达624.9 kPa。
- 温度敏感性：
- 动态机械分析（DMA）：存储模量（G’）随温度升高显著下降。
- 变温拉伸测试：50℃下拉伸强度降至2.8 MPa，延展性提升。
- 电化学性能：
- 离子电导率在90℃时达2×10⁻³ S/m。
- 温度系数电阻（TCR）为8.4%/K，优于多数报道的柔性传感器。
4. 应用验证
- 无线温度监测器：通过蓝牙实时传输人体表面温度数据，与红外热像仪结果一致。
- 压力传感器：响应时间610 ms，恢复时间150 ms，循环稳定性良好。
主要结果
- DES设计成功：NCMA与LiTFSI的摩尔比为78:22时，形成稳定的低共熔体系。
- 凝胶性能优异：
- 高透明度（90%，400-800 nm波长）、自修复能力（30分钟修复58.2%）。
- 形状记忆行为：6秒内恢复原始形状。
- 温度传感机制：氢键解离导致离子迁移率升高，电阻随温度变化显著。
- 应用潜力：3D打印能力拓展了其定制化应用场景。
结论与价值
- 科学价值：
- 首次将NCMA基DES用于凝胶合成，揭示了氢键与偶极协同作用对材料性能的调控机制。
- 为柔性电子器件提供了新型环境稳定材料。
- 应用价值：
- 高TCR值使其适用于精准体温监测。
- 机械强度和粘附性支持长期穿戴使用。
研究亮点
- 创新材料设计：通过单分子侧链同时引入酰胺基和氰基，避免了共聚物组成不均的问题。
- 性能突破：机械强度（12.94 MPa）和TCR（8.4%/K）均为同类材料最高值之一。
- 多场景适用性：兼具温度/压力传感、3D打印和形状记忆功能。
其他价值
- 绿色合成：DES制备无需复杂纯化步骤，成本低于离子液体。
- 扩展研究：初步压力传感结果表明PNCMA凝胶在触觉反馈领域的潜力。
（报告字数：约2000字）