離子凝膠是以包封的離子液體（ILs）為分散介質的網絡結構。通過結合離子液體和聚合物網絡的特性，離子凝膠不僅具有高離子導電性、不易燃性和熱/化學/電化學穩定性，還具有高柔韌性和機械效能。這些獨特性質使其在固體電解質、儲能/發電設備、電活性致動器、應變感測器、軟機器人、可伸縮觸摸面板，膜分離等領域具有廣泛的應用前景。為了進一步擴大離子凝膠的應用，已報導了不同的策略，將離子凝膠和自愈能力、高機械強度和彈性、抗水、抗有機溶劑性和自粘性等各種其他理想效能結合起來。然而，將多種功能綜合到一種可廣泛應用於各種複雜場景的凝膠中仍然是一個巨大的挑戰。
鑒於此，華南理工大學嶽衎團隊等報導了一類物理交聯的多功能離子凝膠，該凝膠具有高度透明（在可見光區域>92%）、高度可拉伸（高達2066%）、强機械強度（斷裂強度高達0.72MPa）、高度導電（高達2.92 mS cm−1，25°C時）等優异特性。可在空氣和水下自愈，對水溶液和某些有機溶劑表現出優异的耐受性，對不同基質具有很强的水下粘附力，並且可以通過溶解在乙醇中進行回收並重新加工成任意形狀。此外，基於離子凝膠的感測器在拉伸或壓縮的大範圍變形中顯示出靈敏和可重複的傳感訊號，包括在各種液體介質中的穩定應變傳感，用於可靠和靈敏的可穿戴應變感測器來監測人體運動。相關工作近期以題為“A Transparent，Highly Stretchable，Solvent-Resistant，Recyclable Multifunctional Ionogel with Underwater Self-Healing and Adhesion for Reliable Strain Sensors”於近期發表在了《Advanced Materials》上，在可穿戴設備和傳感應用上顯示出了極大的應用潜力。
資料的設計原則是將柔性、疏水性和耐溶劑性的聚合物基質與疏水性和導電性的IL結合。鑒於含氟聚合物具有低表面能拒水拒油、高穩定性和惰性和聚丙烯酸酯良好拉伸性及附著力，選擇氟化單體2,2,2-三氟丙烯酸乙酯（TFEA）形成聚合物基質。同時，選擇丙烯醯胺（AAm）作為共聚單體引入氫鍵相互作用以調節離子凝膠的力學性能。由於1-乙基-3-甲基咪唑雙（三氟甲基磺醯）醯亞胺（[EMIM][TFSI]）較好的化學穩定性、低熔點和高導電性，選其作為IL電解質鹽。離子凝膠是通過TFEA和AAm在[EMIM][TFSI]中的一鍋光引發共聚而製備的，無需在定制的矽膠模具中使用任何化學交聯劑。通過改變TFEA和AAm的摩爾比以及IL的質量含量可靈活調整離子凝膠的機械效能和離子導電性。P（TFEA-co-AAm）基質與[EMIM][TFSI]的高相容性確保了離子凝膠的良好均勻性，從而確保了顯著的光學透明性，這是光學離子電子學（如電致發光器件）的一個關鍵參數。如下圖所示，所製備的1.7 mm厚的離子凝膠在可見光區域（400–800 nm）顯示出良好的透明度，平均透射率為92%。此外在拉伸、扭轉和懸掛重量為1kg的實驗中，製備的離子凝膠樣品還顯示出良好的拉伸性和機械強度。
離子凝膠的製備
通過調節共聚物的品質分數（30-50 wt%）和單體AAm與TFEA的摩爾比（30-50%），得到了一系列具有不同力學性能的離子凝膠。所有測試的離子凝膠均表現出良好的機械強度（最大拉伸應力為0.11–0.72 MPa）和拉伸效能（斷裂應變為1089–2066%）。並且離子凝膠-4050樣品在拉伸到原始長度的十倍後，可在3分鐘內完全恢復到原始長度。
凝膠機械效能
為了擴大離子凝膠的應用，開發能够在低溫、與水或有機溶劑接觸等各種條件下發揮作用的離子凝膠至關重要。作者研究了離子凝膠-4050在不同溫度下的拉伸行為。隨著環境溫度從40°C降低到-30°C，離子凝膠-4050的拉伸强度新增，這可歸因於低溫下强化的非共價相互作用。即使在−30℃時，離子凝膠-4050仍表現出良好的拉伸效能和拉伸强度，斷裂應變為740%，斷裂應力為12.3Mpa，並保持光學透明和機械彈性。從溫度斜坡實驗中觀察到，G′和G〃值均隨溫度升高而降低，表明在較高溫度下，物理交聯網絡結構更鬆散。根據[EMIM][TFSI]和離子凝膠-4050在不同溶劑中的溶解度，選擇八種代表性溶劑進行溶脹試驗，除pH=12的鹼性水溶液外，離子凝膠-4050樣品在所有這些溶劑中均表現出良好的不膨脹行為，並保持良好的透明度。在進一步實驗中，該凝膠在中等低溫、水和油、真空等惡劣條件下均顯示出優异的耐受性和溫度性。
離子凝膠的環境耐受性
此外，離子凝膠在室溫下顯示出卓越的自主自愈能力，無需任何刺激。當啞鈴形樣品被切成兩片，然後重新接觸時，兩片之間立即發生粘合。在不同的癒合時間和溫度下，進行拉伸試驗以量化離子凝膠-4050的自愈合效率。隨著癒合時間的新增，癒合離子凝膠的拉伸强度和斷裂應變逐漸提高。在20°C溫度下僅癒合1小時後，離子凝膠可拉伸至其初始長度的10倍左右，癒合效率為26%（定義為韌性癒合效率）。當癒合時間延長到24小時時，癒合的離子凝膠表現出與原始效能相當的力學特性。在水下粘附性能測試中，將樣品浸入溶液中3小時後，量測粘附强度，在不同表面上測得的離子凝膠每寬度剝離力值在780–1700 N m−1範圍，優於大多數報導的粘附性離子凝膠。由於離子凝膠基質中獨特的溶解性和動態非共價鍵，物理連接的離子凝膠可以很容易地回收和再加工。將離子凝膠-4050片段溶解在乙醇中以獲得均勻溶液。然後，將溶液澆鑄到特定的模具中，在溶劑蒸發後獲得具有不同形狀或厚度的透明凝膠，其表現出優异的自由成形能力。
自愈合性和粘附性
由於聚合物網絡中存在離子液體，離子凝膠表現出良好的離子導電性。在低應變（1–5%）和高應變（10–400%）下，基於離子凝膠的感測器的週期性拉伸和釋放顯示出準確和可逆的電阻響應。在50%應變下進行300個迴圈的重複試驗期間，相對電阻的變化保持穩定，表明其具有優异的抗疲勞性，高靈敏度、可靠性、耐久性和寬的傳感範圍特點，使其在多功能可穿戴感測器的有著巨大潜力。
電學及傳感效能
通過離子凝膠-4050製造可穿戴式應變/壓力感測器，將條帶感測器安裝在手指關節處，以監測手指的運動。當手指依次彎曲15°、30°、60°和90°時，感測器的相對電阻變化相應新增，電信號具有高度的可重複性和穩定性。手指伸直後，相對阻力可以完全恢復到原始值。類似地，當感測器連接到手腕或肘部時，訊號可以分別清楚地感應手腕的彎曲方向和肘部的彎曲幅度。這些可穿戴感測器還可以檢測皮膚等外部壓力。當手背上的感測器被具有不同强度和速度的手指按壓時，感測器可以分別產生具有不同振幅和頻率的訊號。此外，當感測器連接到膝蓋上時，它可以從信號強度、頻率和峰值形狀中明顯識別人在訓練期間的行走、跑步、坐姿和蹲姿。當作為圓盤狀壓力感測器準備好並放在鞋子中時，可以實时區分行走、跑步和跳躍的動作。由於對拉伸和壓縮應變都具有極好的靈敏度，基於離子凝膠的感測器還可以區分人體的細微運動。當連接到頸部背面時，感測器成功地監測到頭部的不同運動，如點頭和搖頭，並記錄為可區分的正訊號和負訊號。除了簡單的動作外，在說話過程中微小而複雜的肌肉運動也可以通過貼在喉嚨上的感測器進行相應的監測。
基於離子凝膠感測器的人體運動和細微生理訊號即時監測