离子凝胶是并列于水凝胶和有机凝胶的一类新型凝胶材料，其特点在于使用离子液体作为凝胶的分散相。因此，离子凝胶结合了离子液体的高离子导电性、电化学稳定性、非挥发性和阻燃性等特点，在固态电解质、离子皮肤、柔性器件以及功能材料等领域都展现出了巨大的优越性。最近，苏州大学严锋教授团队全面总结了近年来离子凝胶的制备、性能以及应用研究进展。论文以“Ionogels: Preparation, Preoperties and Applications”为题发表在Advance Functional Materials杂志上。

图1. 离子凝胶的制备与应用

文章首先将离子凝胶的制备方法分为三类：直接混合法、原位聚合/交联法以及溶剂交换法，并举例说明了这些方法的应用范围。随后，文章详细介绍了离子凝胶的主要性能，包括机械性能、耐高低温性能、导电性，以及一些通过设计引入的性能，如：刺激响应性、自愈性能和可回收性能等。综述通过分析代表性文献，系统总结了提升离子凝胶机械性能的策略，阐述了离子凝胶结构与性能的内在关系。另外，文章也以举例的方式对离子凝胶的其他性能进行了系统阐述。

图2. 离子凝胶的制备方法示意图。（A）溶剂辅助的直接混合法。（B）原位聚合法。（C）溶剂交换法。

图3. 提升离子凝胶机械性能的策略。（A）双网络离子凝胶的结构示意图。（B）双网络离子凝胶与单网络离子凝胶的机械性能对比。（C）纳米二氧化硅离子凝胶的结构及增韧机理示意图。（D）基于普通离子液体和金属离子液体的离子凝胶结构及超分子相互作用示意图与机械性能对比图。（D）基于普通离子液体和金属离子液体的离子凝胶的拉伸曲线对比。

图4. 离子凝胶的新兴性能。（A）基于离子凝胶的智能玻璃作用机制示意图。（B）基于离子凝胶的智能玻璃的工作照片及显微镜照片。（C）离子凝胶水下自愈合展示图片。（D）空气中及水下自愈合离子凝胶与初始凝胶的拉伸曲线对比。（E）离子凝胶回收再生过程示意图及照片。（F）不同回收再生循环次数的离子凝胶的拉伸曲线。

在应用领域，文章重点综述了离子凝胶在凝胶电解质、离子皮肤、柔性电子和黏附材料领域的应用。凝胶电解质作为一种新型固态电解质在电池、超级电容器和热电器件中都有着广阔的应用前景。作为一种新兴领域，基于模仿人类皮肤的离子皮肤近年来发展迅速。得益于离子凝胶优异的耐高低温性能，离子皮肤可以在人类无法承受的极端环境下进行工作，展现出了巨大的优越性。离子凝胶虽然在柔性电子领域应用有限，但也取得了一定的进步，尤其是在钙钛矿太阳能电池领域发展迅速。离子凝胶在黏附材料，尤其是可逆黏附、水下黏附等特殊场景的黏附材料中展现出了优异的性能。另外，离子凝胶在分离、提取、催化以及生物医药等领域也具有一定的应用潜力。

图5. 离子凝胶电解质在电池中的应用。（A）离子凝胶基异质结构电池示意图。（B）离子凝胶电解质的电化学窗口示意图。（C）离子凝胶基异质结构电池的充放电电压曲线。（D）集成LiFePO₄与离子凝胶电解质的结构和制备方法示意图。（E）LiFePO₄-离子凝胶电解质电池在不同温度下工作的照片。（F）ME82柔性电池的结构示意图。（G）ME82柔性电池在弯曲和切割条件下点亮LED灯的照片。

图6. 离子皮肤。（A）人体皮肤和离子皮肤的压力感应机理示意图。（B）基于离子凝胶的离子皮肤的结构示意图和SEM照片。（C）离子皮肤用于监测人体不同位置运动的性能。（D）拉伸时光子离子凝胶的颜色变化照片。（E）基于光子离子凝胶的离子皮肤性能展示。（F）基于离子凝胶的柔性传感器阵列上的羽毛球照片以及（G）相应的压力峰值映射成像图。

图7. 离子凝胶在柔性电子中的应用。（A）离子凝胶微观结构及铅吸附机理示意图。（B）离子凝胶封装前后钙钛矿组件的J-V曲线以及钙钛矿组件照片。（C）破碎钙钛矿膜的水浸试验。（D）离子凝胶修饰的钙钛矿太阳能电池器件结构示意图。（E）钙钛矿晶界处的离子凝胶中多重相互作用示意图。（F）普通钙钛矿太阳能电池和离子凝胶修饰的钙钛矿太阳能电池器件的J-V曲线。

图8. 基于离子凝胶的可逆黏附材料。（A）离子晶体凝胶的可逆黏附机理示意图。（B）离子晶体凝胶随温度变化的紫外偏振光学显微镜图像。（C）离子凝胶的可逆黏附机理示意图。（D）离子凝胶对各种材料的粘附强度。（E）离子凝胶对不同粗糙度的粗糙界面的粘附强度。

图9. 基于离子凝胶的水下黏附材料。（A）黏附型离子凝胶的化学结构及示意图。（B）离子凝胶在水中与聚甲基丙烯酸甲酯底物的粘附稳定性照片。（C）人类在水下运动时基于离子凝胶黏附电极的传感器的照片。（D）商用电极传感器和离子凝胶黏附电极传感器在水下环境的稳定性对比图。

尽管离子凝胶领域已经取得了一系列的重要进展，但仍面临着许多挑战。首先，离子凝胶是一类复合材料，内部结构与相互作用十分复杂，其结构表征及构效关系仍然是目前的研究难点。其次，虽然离子凝胶理论上可以兼具优异的机械性能与导电性，但在目前研究中其机械性能与导电性往往呈负相关。另外，离子液体的生物毒性使得离子凝胶的生物相容性仍存在一定的问题，影响了其在生物医药领域中的应用。另外，虽然可回收利用的离子凝胶取得了一定的进展，但其最终的可降解性能仍然是一个值得关注的问题。总的来说，离子凝胶仍处于发展的初级阶段，作者希望通过这篇综述文章促进该领域和相关领域的快速发展，为离子凝胶在生产生活中的实际应用铺平道路。

文献链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202314408

来源：高分子科学前沿

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