スパイダーシルクにインスパイアされたタフ、自己修復、溶けたスピンナブルイオノゲル

伸縮性のある導電性材料として、イオノゲルは注目を集めています。ただし、ソフトロボット、電子スキン、ウェアラブルエレクトロニクスなどのアプリケーションに高い可能性を備えたイオノゲルベースのデバイスには、機械的に堅牢、室温の自己修復能力、容易な処理、リサイクル性など、複数の機能を統合することが依然として重要です。ここでは、Spider Silkの構造に触発され、多機能イオノゲルを効果的に生成するマルチレベルの水素結合戦略が、望ましい特性の組み合わせで提案されています。イオノゲルは、N-イソプロピルアクリルアミド（NIPAM）、N、N-ジメチルアクリルアミド（DMA）、およびイオン液体（ILS）1-エチル-3-メチルイミダゾリウムBIS（トリフルオロメチルスルホニル）に基づいて合成されます。PNIPAMチェーン、PDMA鎖、およびILS間の相乗的な水素結合相互作用は、イオノゲルに機械的強度が改善され、周囲条件での高速自己修復能力を備えています。さらに、合成されたイオノゲルは、メルトスピニングプロセスを使用して、イオノゲルベースの繊維を連続的に製造するための優れた能力を示しています。イオノゲル繊維は、ヒステリシスの挙動を備えたクモのシルクのような特徴を示し、それらの優れたエネルギー散逸性能を示しています。さらに、ひずみと熱検知性能を備えたイオノゲル繊維の織り込まれたネットワークは、オブジェクトの位置を正確に感知できます。さらに、イオノゲルは、3D印刷を使用して、さまざまな形状に優れたリサイクル性と処理可能性を示しています。この作業は、多様なアプリケーション向けに優れたイオノゲルを設計するための新しい戦略を提供します。

As stretchable conductive materials, ionogels have gained increasing attention. However, it still remains crucial to integrate multiple functions including mechanically robust, room temperature self-healing capacity, facile processing, and recyclability into an ionogel-based device with high potential for applications such as soft robots, electronic skins, and wearable electronics. Herein, inspired by the structure of spider silk, a multilevel hydrogen bonding strategy to effectively produce multi-functional ionogels is proposed with a combination of the desirable properties. The ionogels are synthesized based on N-isopropylacrylamide (NIPAM), N, N-dimethylacrylamide (DMA), and ionic liquids (ILs) 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([EMI][TFSI]). The synergistic hydrogen bonding interactions between PNIPAM chains, PDMA chains, and ILs endow the ionogels with improved mechanical strength along with fast self-healing ability at ambient conditions. Furthermore, the synthesized ionogels show great capability for the continuous fabrication of the ionogel-based fibers using the melt-spinning process. The ionogel fibers exhibit spider-silk-like features with hysteresis behavior, indicating their excellent energy dissipation performance. Moreover, an interwoven network of ionogel fibers with strain and thermal sensing performance can accurately sense the location of objects. In addition, the ionogels show great recyclability and processability into different shapes using 3D printing. This work provides a new strategy to design superior ionogels for diverse applications.