新型全聚电解质聚离子液体离子凝胶在电活性聚合物驱动器中的应用研究

为解决传统离子电活性聚合物(IEAP)驱动器在低电压响应和材料稳定性方面的局限，研究人员开发了基于聚[(2-二甲氨基)乙基甲基丙烯酸酯]-嵌段-聚4-乙烯基苄基-3-丁基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺的全聚电解质离子凝胶。该材料在4V直流电压下表现出优异的微尺度驱动性能，离子电导率提升至10-4S/cm，同时保持良好热稳定性(>300°C)，为柔性电子和软机器人提供了新型材料选择。

　　

在柔性电子和软机器人快速发展的今天，电活性聚合物驱动器因其独特的机电响应特性备受关注。然而传统水凝胶驱动器存在工作电压受限(<1.23V)、易脱水等问题，而商用PVDF离子凝胶又面临离子液体(IL)泄漏、电极粘附性差等挑战。聚离子液体(PIL)材料兼具离子液体和聚合物的优势，但现有研究多局限于苯乙烯类嵌段共聚物，严重限制了材料设计的多样性。

针对这一现状，Kayla Foley团队在《European Polymer Journal》发表创新研究，设计合成了一种新型全聚电解质嵌段共聚物PDMAEMA-b-PVBBImTf₂N及其离子凝胶。研究人员采用Cu(0)介导的原子转移自由基聚合(ATRP)合成聚合物，通过溶液共混法制备含10-40wt%离子液体C₄C₁ImBF₄的离子凝胶。利用ATR-FTIR、TGA/DSC、EIS和AFM等技术系统表征材料性能，最后通过金箔电极组装驱动器测试电致动性能。

在"合成与化学表征"部分，FTIR证实离子凝胶中Tf₂N^-和BF₄^-阴离子与聚合物/IL的咪唑环存在静电相互作用。热分析显示PDMAEMA-b-PVBBImTf₂N离子凝胶的初始分解温度随IL含量增加而显著提高(218→322°C)，表明IL增强了材料热稳定性。

"离子电导率"测试表明，40wt%离子凝胶的电导率达8×10^-4S/cm，比纯聚合物(10^-7S/cm)提高三个数量级。AFM纳米力学分析揭示嵌段共聚物基质的杨氏模量(209MPa)显著高于均聚物(47MPa)，PDMAEMA富集相(295MPa)起到增强作用，而40wt%离子凝胶模量降至1MPa。

"驱动行为"研究显示，纯PDMAEMA-b-PVBBImTf₂N和10wt%离子凝胶在4V电压下分别产生110μm和279μm位移，弯曲曲率达0.01mm^-1，实现了微尺度驱动。有趣的是，PVBBImTf₂N均聚物表现出反常的向阳极弯曲行为，暗示可能存在竞争性驱动机制。

该研究首次将PDMAEMA-b-PVBBImTf₂N嵌段共聚物应用于电活性驱动器，突破了传统苯乙烯类PIL的材料局限。虽然驱动性能尚不及商业材料，但其10^-4S/cm级离子电导率和MPa级模量特别适合柔性压力传感器等应用。研究还发现PDMAEMA与PVBBImTf₂N链段间的超分子相互作用可显著提升基质模量，这为设计机械性能可调的智能材料提供了新思路。这些发现不仅拓展了PIL在电化学领域的应用前景，也为开发新型柔性电子器件奠定了重要基础。