《AFM》贺曦敏：具有超低阻抗和高信号保真度的水凝胶离子电子学

颗粒在线讯：离子电子学是将凝胶离子导体和电子电路耦合的新兴设备，作为具有多功能的可拉伸替代品显示出巨大的潜力，可以替代传统的刚性设备，范围从能量收集到传感、显示和驱动。然而，目前的水凝胶离子电子学的性能仍然不尽如人意：i）在高交流频率（> 1000 Hz）下，离子电导率占主导地位，但相当低，并且随着温度的降低而进一步急剧下降；ii) 在低频 (< 1000 Hz) 下，电极/水凝胶界面的不稳定和高阻抗占主导地位，但以前被忽视了。

为了解决这些问题，该文提出了一种系统策略，即采用高离子导电抗冻水凝胶和具有高双电层电容的电子导电多孔聚合物薄膜作为连接水凝胶和金属引线的电极。该水凝胶具有超高导电性，同时透明、可拉伸，并且易于通过一步光凝胶化制备。同时，导电聚合物电极实现了稳定、低的界面阻抗和更高的电压耐受性，使离子电子信号转导的保真度比使用金电极高得多。该策略可用于构建各种用于广泛应用的离子电子学，包括摩擦纳米发电机、触摸面板、显示器、软机器人和具有广泛工作频率和温度范围的多功能电子设备。

图1 a) 防冻电离电子学原理图。b) 水凝胶离子电子学的简化等效电路。c) 防冻、导电、透明和可拉伸的 PAAm/H2SO4 水凝胶的数码照片，用手拉伸原始长度的三倍，在寒冷天气下保持解冻和可拉伸。d) PEDOT:PSS 电极的数码照片显示其良好的柔韧性。

图2 PAAm/H2SO4 水凝胶的物理特性。

图3 电离电子学的电学特性

图4 触控面板的性能。

相关论文以题为Hydrogel Ionotronics with Ultra-Low Impedance and High Signal Fidelity across Broad Frequency and Temperature Ranges发表在《Advanced Functional Materials》上。通讯作者是加州大学洛杉矶分校贺曦敏教授。