 离子转运在生物体内广泛而微小地发生，以帮助维持正常的生理活动。能稳定地传输基于离子的电信号，以保持精确的自我感知和受神经支配的反馈功能，受此启发，能稳定地传输基于离子的电信号，以保持精确的自我感知和受神经支配的反馈功能在各方面都受到关注。然而，当前大多数人工离子导体都是在均相溶剂膨胀或盐塑软链网络的基础上合成的，其固有的同质软链网络对离子传导的调节能力较差，导致其机电响应缓慢。因此这仍然是可伸缩离子导体面临的一个巨大挑战。 东华大学Peiyi Wu和Shengtong Sun等人通过研究表明液晶弹性体(LCEs)可能是实现这一目的的最佳候选材料之一。离子导体的网络拓扑结构对改变离子物种的迁移率具有至关重要的作用，高度有序或纵向排列的离子绝缘纳米结构可以提供低曲折的路径来促进离子传输，从而显著降低表观电阻。因此，在离子导体弹性网络中引入大量的离子绝缘刚性分子单元，通过弯曲度的变化来调节离子输运。而液晶弹性体包含聚合弹性体的特性（熵弹性）以及自组织的大量刚性介晶单元。基于液晶的互连离子通道的构建已被证明是有效的离子传导途径。
将离子液体(IL)引入到LCE网络中，以产生电离态LCE (IonoLCE)光纤，低弯曲离子传输纳米通道将在拉伸过程中通过中元排列诱导的微相分离演化出来。导致前所未有的应变诱导离子电导率提高(在2000%应变下提高了103倍)。超过了热研究的电阻常数电子导体(图a)。光谱和模拟分析表明，IL主要通过选择性阳离子吸附溶解LCE的软间隔层，而刚性介晶层只会迫使阴离子在它们之间移动，从而促进离子电导率。在拉伸之前，纤维由向列型中间相微排列的多畴组成，离子传输缓慢且离子电导率低。逐渐拉伸到单畴状态，离子限制还在，当纤维进一步拉伸(≥200%应变)时，LCE网络和IL相之间发生明显的向列向近晶相转变，并发生微相分离。大大提高电导率。
制备的 IonoLCE 薄膜消除了剪切流效应，其光学透明度也高达 92%，而纯 LCE 是完全不透明的。通过扫描电镜观察， IonoLCE纤维显示出规则的圆柱形和良好控制的圆形截面。进一步使用偏振光学显微镜，在偏振模式下，光纤的干涉色较强，表明存在结构取向。通过监测了IonoLCE光纤/薄膜干涉颜色的相对亮度变化，发现IonoLCE纤维和薄膜的Boltzmann拟合亮度变化显示向列向各向同性转变温度(Ti)分别为49.8和46.9°C，这可能是由于POM观测中多畴的轻微预排列造成的。IonoLCE光纤的最大应变为2700%，几乎是纯LCE(1500%)的两倍。IonoLCE纤维的杨氏模量、抗拉强度和韧性分别为0.5 MPa、4.7 MPa和56.9 MJ m−3，表明其初始顺应性(触摸柔软)和超高的鲁棒性，以承受大应力和变形。IonoLCE和纯LCE纤维都具有“软弹性”区域。在软弹性区域后，离子电导率急剧增加，从恢复和二次拉伸离子电导率变化可以看出，该过程是完全可逆的。IonoLCE纤维的综合力学性能和机电响应在拉伸性(最大应变)、韧性和离子导电性增强(σ/σ0)方面处于当前离子导体的顶级水平。
LCEs可以模仿人类肌肉的功能，在受到偏置应力下，加热IonoLCE光纤会产生急剧收缩。IonoLCE光纤的激励工作容量随施加的偏置应力而变化，大多数情况下远高于纯LCE光纤。将DR1加入到IonoLCE网络中，在可见光区具有超快的热弛缓吸收。使用绿色激光器沿光纤扫描，可快速将光纤加热至95℃，且同步的法向和红外热图像反映出DR1嵌入的IonoLCE光纤可轻松提升20 g负载。将一根DR1嵌入的IonoLCE光纤固定在两个钳夹之间，通过力传感器和电子万用表同时监测光热诱导的致动应力和电阻变化，其结果表明能够很好地跟踪力脉冲和相应的电响应。  作者展示了一个可伸缩的、高度健壮的离子导电纤维的实例，具有开创性的意义。该纤维通过基于lce的离子传输机械调制机制，具有高应变诱导离子电导率增强。通过微相分离低弯曲离子导电纳米通道实验快速离子传输。其热驱动，拉伸性等方面都有强大的特性和功能。该研究对于传感器的发展也起到的一定的有利作用，它的高透明性对光学领域也能有一定的发展。未来能够在传感器和拉伸设备方面有长足的应用。 【参考文献】 https://onlinelibrary./doi/10.1002/adma.202103755 |
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图1：(a) 与普通电子和离子导体相比，IonoLCE纤维的机电响应。(b)离子液体(BMIM PF6)和LCE网络组成的IonoLCE分子结构。(c)游泳道激发的IonoLCE工作机制。IonoLCE含有大量由bmim吸附的软链间隔物连接的离子绝缘介晶，而PF6阴离子是主要的电荷载体。在拉伸过程中，IonoLCE经历向列多畴态到单畴态(0-200%应变)的顺序转变，再进行拉伸，最终转变为微相分离的近晶态，其纵向周期性约为4 nm，中间晶间距缩短约为4 Å。前一种跃迁只导致中等的机电响应，而后一种跃迁产生大量相互连接的低弯曲度离子纳米通道，促进离子输运，显著提高离子电导率。整个过程是完全可逆的。
图2：(a) 透明IonoLCE纤维照片。(b) IonoLCE和纯LCE薄膜的UV-vis光谱。内部是相应的照片和POM图像。(c) IonoLCE纤维横截面和外表面的SEM图像。(d) IonoLCE光纤POM图像。从上到下分别为没有色板时和530 nm色板时方位角为45°和−45°时的偏振模式。(e) IonoLCE光纤和薄膜的归一化POM干涉光随温度的变化(插图:分别为28℃和86℃时对应的POM图像)。采用玻尔兹曼拟合方法测定了相变温度。(f) IonoLCE和纯LCE纤维的拉伸应力应变曲线。插图为小应变处的放大图像，显示了初始的“软弹性”区域(对于IonoLCE纤维，0-200%应变;对于纯ICE, 0-50%应变)。(g) IonoLCE纤维应变诱导的可逆离子电导率变化。给出了恒定电阻(σ/σ0 = λ² = (ε + 1)²)的理论曲线作为参考。当应变≈200%时，IonoLCE纤维σ值显著上升。(h)比较IonoLCE纤维与其他报道的可拉伸离子导体的最大应变、韧性和离子电导率增强(σ/σ0在2000%应变下)。
图4：(a)2000次拉伸循环的IonoLCE纤维拉伸至1200%应变时的循环应力-应变曲线。(b)自旋涂层IonoLCE薄膜的AFM高度图像。(c)不同应变下IonoLCE纤维的Low-field19F NMR谱图。(d)不同应变下的lonoLCE纤维照片显示了微相分离的演变。(e)不同应变下IonoLCE纤维的二维SAXS图。箭头表示在q = 1.57 nm−1处的强赤道衍射，对应于近晶层间距离为4 nm。(f) IonoLCE、BMIM PF6和纯LCE的ATR-FTIR光谱。用二阶导数光谱对PF6阴离子中的两种成分进行了鉴别。(g)纯IL和IonoLCE的主要相互作用原理图。(h)由分子动力学模拟得到的四对分子的相互作用能。较低的能量值意味着构象在热力学上更稳定。
