《Advanced Materials》：Phase-Change Solvents for Thermally Switchable Ion Conduction in Organogels
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本文报道了一类新型热响应相变有机凝胶，通过将聚合物网络与熔点介于室温至100°C的有机溶剂盐溶液结合，实现了离子电导率在熔融态（高达~10?4–10?3S/cm）与冻结态（低于10?9S/cm）间超过104倍的开关比。该体系的核心创新在于将电荷载体（盐）与相变溶剂的功能解耦，突破了传统相变电解质中离子自身需兼具相变特性的限制，为离子电子器件和能量存储提供了可编程材料平台。
引言
离子导体在电池、超级电容器和离子电子器件中具有关键作用。传统热控离子导体多依赖自身具备相变特性的盐类（如咪唑鎓离子液体），其电荷载体与相变组分的耦合限制了材料设计的灵活性。本研究提出了一种模块化策略：通过将聚合物网络与熔点可控的相变溶剂结合，构建出离子电导率可随温度可逆切换的有机凝胶，实现了电荷传输与相变行为的独立调控。
结果与讨论
材料设计与相变机制
模型体系采用聚甲基丙烯酸2-羟乙酯（PHEMA）为网络骨架，1,8-辛二醇（1,8-OD）为相变溶剂（熔点60–62°C），1-甲基-3-辛基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐（[OMIM][TFSI]）为电荷载体（质量比40:50:10）。在低温下，溶剂结晶形成微米级晶粒（图1d），离子被禁锢于晶格或晶界间隙，电导率低至3.5×10?9S/cm；升温至70°C后，溶剂熔融形成连续离子通道，电导率跃升至10?4S/cm（图1e）。差示扫描量热（DSC）曲线显示电导率突变与溶剂熔融吸热峰高度吻合（图1f-g）。
组成优化与稳定性
通过调控聚合物/溶剂/盐比例发现，盐含量为10 wt%时开关比最大（图S2）。过高盐浓度会削弱溶剂结晶度，降低开关效应。该凝胶在100次30–70°C热循环后电导率保持稳定（图2a），70°C持续加热4小时未出现性能衰减（图2b）。滞后现象与结晶动力学相关，延长低温平衡时间可消除滞后（图S4）。
盐类普适性与溶剂可调性
研究验证了多种盐的兼容性，包括锂盐（Li[TFSI]）、氯化盐（[OMIM]Cl、[Gdm]Cl）及大体积阴离子盐（Na[BArF]、[TOA]Br）（图3a）。所有体系均呈现相似的相变触发电导率跃迁，证明该策略的通用性。通过混合不同熔点的溶剂（如1,2-癸二醇（1,2-DD，熔点40–42°C）与1,10-癸二醇（1,10-DD，熔点80–82°C）），可实现单一或多重相变响应（图4e-h）。例如，1:1混合溶剂体系在30–40°C和50–70°C分别出现两个电导率突变阶跃，对应两种溶剂的分步熔融（图4f）。
器件演示
基于单一溶剂的凝胶可作为热开关：当温度超过阈值时，电路输出电压突变，驱动LED亮灭（图5b-f）。而采用1:9的1,10-DD/1,2-DD混合溶剂时，电导率在40°C以上连续变化，可用于模拟温度传感（图5g-j）。此外，相变凝胶能有效抑制超级电容器自放电：在70°C充电后置于室温（冻结态），5小时后电压保持率达90%，而70°C（熔融态）下仅剩10%（图S9）。
结论
本研究通过解耦离子传导与相变功能，构建了高性能、可编程的相变有机凝胶。该材料平台兼具盐类选择多样性与相变温度可调性，为智能离子电子器件和可控能量存储提供了新范式。
实验方法
凝胶通过紫外光引发聚合制备，电化学阻抗谱（EIS）用于测定电导率，DSC与扫描电镜（SEM）分别表征热行为与微观结构。器件演示采用ITO电极与微控制器电路集成。
