摘要：离子电子学是新兴的跨学科概念，涵盖电化学、固体物理学、电子工程和生物科学，近年来受到越来越多的关注。离子电子器件通过移动离子和移动电子的混合电路起作用，在工程和生物医学领域实现了众多应用。然而，离子器件中电子导体与离子导体的界面相容性较差，导致器件的可变形性、
离子电子学是新兴的跨学科概念，涵盖电化学、固体物理学、电子工程和生物科学，近年来受到越来越多的关注。离子电子器件通过移动离子和移动电子的混合电路起作用，在工程和生物医学领域实现了众多应用。然而，离子器件中电子导体与离子导体的界面相容性较差，导致器件的可变形性、灵敏度、机电响应和稳定性较低。目前，已有的电子/离子导体界面设计方法存在诸多问题，如刚性导电氧化物电极与离子弹性体界面存在气隙，导致界面电阻高；碳墨水喷涂虽改善了界面兼容性，但仍需分别制备并集成不同组件；离子弹性体前驱体在涂有碳纳米管（CNT）的玻璃基板上聚合，因CNT与玻璃相互作用弱及玻璃基板刚性问题，导致界面稳定性差等。因此，为高性能、可持续、灵活的离子/电子器件提供稳定、无缝界面，对推进下一代离子/电子器件至关重要。
针对上述问题，厦门大学林乃波教授、郑耀贤硕士等人使用原位聚合制造了硅改性聚氨酯/碳纳米管电子导体与离子器件中离子弹性体之间的互穿界面。通过分子链纠缠和分子间相互作用力（如离子-偶极相互作用和氢键）实现稳健的互穿电子/离子导体界面，从而获得优异的柔韧性、稳定性和器件性能。基于该策略制备的电粘附贴片在-4 V的降压输入下表现出高达 317 kPa的剪切强度，并应用于举重、移动物体、机器人攀爬、组织粘附以及生理电信号采集；二极管和晶体管可以发生任意变形，同时保持半导体器件特性，被认为适合用于未来的离子器件和逻辑电路；机电传感器对各种变形信号表现出敏感的电响应。这种解决电子和离子导体界面相容性问题的方法为多功能离子/电子器件的发展带来了希望。
该工作以“Molecular Chain Interpenetration–Enabled High Interfacial Compatibility of Ionic and Electronic Conductors for Stretchable Ionic Devices”为题发表于《Advanced Materials》，第一作者为厦门大学硕士研究生郑耀贤，共同通讯作者为厦门大学林乃波教授谢瑞杰教授及美国能源部太平洋西北国家实验室史晨阳博士。本研究得到中国国家自然科学基金、福建省自然科学基金、厦门市自然科学基金和深圳市科技计划项目的资助。
Figure 1.Design and characterization of the interface between the SiPU/CNT and the ionoelastomer.
作者从分子结构的角度进行设计，使SiPU/CNT电子电极与离子弹性体通过分子链缠结和分子间相互作用力紧密地结合在一起，形成过渡界面，该界面韧性高达5000 J/m2。
Figure 2.SiPU/CNT-pDMC/pSMA heterojunction for reversible adhesion.
作者受壁虎攀爬墙壁机制的启发，开发了一种可逆且稳定的电粘合贴片，通过切换外部电压的方向，达到粘附和脱粘附切换的效果。基于此，作者展示了电粘合贴片在机器人攀爬、转移重物方面的应用。
Figure 3.SiPU/CNT-pDMC for ECG and EMG.
作者确定了离子弹性体电粘附材料可以扩展到动物组织，展示了这种离子弹性体电粘附材料能够快速地与组织粘附和分离，具有临床应用的潜力。
Figure 4.SiPU/CNT-ionoelastomer diodes.
作者制备了结构为pDMC/pSMA的柔性二极管。通过在pDMC/pSMA 异质结上施加相反符号的直流偏置，利用自由离子和固定离子不对称传输，展示了一个柔性的弹性体二极管。器件具有明显的整流效应，并具备耐久性和稳定性。
Figure 5.SiPU/CNT-ionoelastomer transistor.
作者制备了一个结构为pSMA/pDMC/pSMA柔性晶体管，其中两块SiPU/CNT-pSMA层作为发射极和集电极，SiPU/CNT-pDMC层作为基极。器件具有良好的开关特性，并且在形变状态下，仍能保持原有的开关特性，可承受数百次大形变。
Figure 6.SiPU/CNT-ionoelastomer electromechanical transducer.
作者制备了机电传感器，通过器件的机械变形导致电响应，从而将机械信号转化为电信号。该传感器的响应时间和恢复时间为毫秒级，灵敏度高。
总结：作者通过分子链缠结与分子间作用力策略，解决了电子导体与离子导体的界面相容性难题，赋予了一系列离子/电子器件优异的拉伸性、稳定性和器件性能。总而言之，该研究为多功能 柔性离子/电子器件的发展提供了一种有前途的思路。
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来源：颜颜说科学
