N-苯基苯并咪唑和含有三甲基硅基的Pt(II)配合物具有1.2微秒的短三重态辐射衰减时间,可作为高效的蓝光发射荧光有机发光二极管(OLED)的荧光敏化剂
《Materials Today Chemistry》:N-phenylbenzimidazole and trimethylsilyl-containing Pt(II) complexes with short triplet radiative decay of 1.2 μsec for efficient blue-emitting phosphor-sensitized fluorescent organic light-emitting diodes
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时间:2025年10月10日
来源:Materials Today Chemistry 6.7
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本研究成功制备了一种基于PVA、MXene纳米片和离子液体PSS的多功能动态水凝胶PBILM,具备温度响应(20-60℃)、超拉伸性(>2000%)、快速自愈(1分钟)和完全可降解特性。该材料在人体运动监测、莫尔斯电码加密传输和书写识别等领域展现出显著应用潜力,同时解决了电子废弃物污染问题。
在现代科技不断发展的背景下,柔性电子设备与可穿戴技术正逐渐成为研究热点。这类设备要求材料具备多种特性,如热响应性、延展性、粘附性、自修复能力和可降解性。然而,将这些特性集成到单一系统中仍然面临巨大挑战。为此,科学家们提出了一种创新的解决方案,通过构建一种新型多功能水凝胶,成功地实现了这些关键特性的融合。这种水凝胶以聚乙烯醇(PVA)、硼砂、MXene纳米片和一种离子液体单体——四丁基膦基苯乙烯磺酸(PSS)为基础,形成了具有独特性能的PVA-硼砂-离子液体-MXene水凝胶(PBILM)。该水凝胶展现出显著的热响应性,能够在20至60摄氏度之间进行相变,从而实现对温度变化的快速响应。MXene的引入不仅提升了水凝胶的导电性能,还增强了其自修复效率,这主要得益于其与聚合物网络之间的动态相互作用。
PBILM水凝胶的制备过程巧妙地结合了物理交联和动态共价键的特性。通过将MXene纳米片与PVA溶液混合,并在高温下加入离子液体PSS,形成一个均匀的三维导电网络。此外,硼砂作为动态交联剂,其与PVA羟基之间的可逆二醇-硼酸酯键合,使得水凝胶在受到机械损伤后能够迅速恢复结构完整性。这种设计不仅赋予了水凝胶出色的延展性(超过2000%),还使其具备强大的粘附能力,能够牢固地贴合在皮肤或其他材料表面,从而有效捕捉外部刺激和人体运动信息。
在实际应用中,PBILM水凝胶展现出了广泛的适用性。例如,它能够用于监测面部微表情、手腕和肘部的弯曲动作,甚至可以记录书写动作和摩尔斯电码信号。这些功能使得水凝胶在智能传感系统、人体运动检测和信息加密领域具有重要潜力。水凝胶的导电性在不同温度条件下表现出显著变化,这种特性使其成为一种理想的温度敏感传感器材料。通过调整温度,水凝胶能够实现透明与不透明状态的可逆转换,这一特性被用于加密信息的显示与隐藏,从而提升了信息传输的安全性。
除了在传感和通信方面的应用,PBILM水凝胶还具有良好的可降解性。在过氧化氢(H?O?)溶液中,水凝胶可以在62分钟内完全降解;在去离子水(DI水)中,降解时间约为6小时;而在磷酸盐缓冲液(PBS)中,降解过程则需要24小时。这种可降解性不仅有助于减少电子废弃物对环境的影响,还使其成为可持续发展和环保应用的理想选择,如农业载体和水处理材料。PBILM水凝胶在降解过程中能够转化为无害的生态友好型成分,如二氧化钛(TiO?)纳米颗粒,这表明其在降解后的产物对人体和环境均无害。
在实验验证方面,PBILM水凝胶通过多种测试手段展现了其卓越的性能。首先,通过拉伸测试和自修复性能评估,水凝胶在受到损伤后能够迅速恢复其物理和电气性能。其次,使用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察水凝胶的微观结构,结果表明其内部形成了均匀的三维网络,且MXene纳米片在其中均匀分布,进一步增强了其机械强度和导电性能。此外,水凝胶的热响应性通过差示扫描量热法(DSC)和流变学测试进行了详细分析,结果显示其能够在不同温度下保持稳定的结构和性能。
在应用拓展方面,PBILM水凝胶不仅被用于开发智能传感器,还被应用于加密技术。通过温度控制,水凝胶能够实现信息的隐藏和显示,这种特性在信息传输和存储领域具有重要价值。例如,将信息写入水凝胶后,在低温下信息保持隐藏状态,而在高温下则显现出清晰的图案或文字,这一过程可以反复进行,从而实现了信息的可重复加密与解密。此外,水凝胶在检测书写动作和面部表情方面也表现出色,其能够准确捕捉并转换为电信号,这为开发智能书写识别系统和面部表情分析设备提供了可能。
值得注意的是,PBILM水凝胶在多次循环测试中表现出了优异的稳定性。无论是自修复性能还是导电性,水凝胶在经历多次变形和恢复后,依然能够保持其原有的性能。这种稳定性对于长期使用的可穿戴设备至关重要。同时,水凝胶在不同温度条件下的降解行为也得到了充分验证,其在低温和高温下的降解速度和效率均符合环保要求,进一步证明了其在可持续电子设备中的应用潜力。
综上所述,PBILM水凝胶作为一种多功能材料,不仅在机械性能和电气性能上表现出色,还在热响应性和可降解性方面具有显著优势。这种材料的出现为开发下一代可穿戴电子设备和智能传感系统提供了新的思路和方法。通过结合PVA、硼砂、MXene和离子液体的特性,PBILM水凝胶在人体运动监测、信息加密和环境友好型应用中展现出广阔前景。未来,随着对可穿戴技术和智能材料需求的不断增长,PBILM水凝胶有望成为这一领域的重要组成部分,推动电子设备向更环保、更智能的方向发展。
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