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近日，西安交通大学何刚团队发展了一种基于噻吩紫精的离子凝胶，并将其应用于制备超稳定电致变色/电致荧光变色器件及可视化应变传感器件。紫精基离子凝胶材料露置在空气中数月甚至两年之后仍具有良好的力学性能和电致变色性能（超过500次的拉伸循环和电致变色循环）。更重要的是，该离子凝胶的电导率随凝胶的拉伸程度明显变化，导电率的变化进而影响了材料电致变色的性能，因而该离子凝胶材料可将拉伸信号转化为光学信号，从而实现了对应变的可视化传感，这也为研制可穿戴变色传感器件提供了新的思路。

背景介绍：

随着“健康中国”建设持续推进，人们对自身健康状况的管理需求不断提升。可穿戴健康监测设备能够实时对生理信号进行分析判断，为满足人们这一需求带来契机。但是，目前大多数用于可穿戴健康监测设备的柔性电子器件是将生理信号转化为电信号，需要大量外部仪器设备收集分析，操作过程繁琐。可穿戴变色传感器可实时将生理信号直接转变为肉眼可见的光学信号，监测方式简便易行。然而，目前所报道的可穿戴变色传感器往往制备工艺复杂，成本较高，这极大地限制了它们的实际应用。因此，迫切需要开发一种新的方法来制备高性能的可穿戴变色应变传感器件。

本文亮点：

鉴于此，西安交通大学何刚教授课题组在前期含硫族元素紫精的研究基础上，将噻吩紫精电致变色材料与离子凝胶相结合，研制出具有应变感应性能且可变色的紫精基离子凝胶。

首先，根据图1制备了以聚丙烯酸酯为基质的含紫精离子液的离子凝胶，并对其热学、力学性能进行了表征（图2），证明该离子凝胶具有优异的热稳定性、拉伸性能和粘附性。

紫精衍生物因其在发生氧化还原反应的过程伴随颜色变化而具有电致变色性质（图3a、3b）。研究人员通过电化学光谱和电化学荧光光谱对含紫精变色离子凝胶的光电性质进行了研究（图3c、3d），同时也比较了含不同紫精衍生物凝胶的电致变色性能（图3e、3f）。通过对比发现含有咪唑基噻吩紫精离子液体（[ImTV][TFSI]）的离子凝胶具有最优的电致变色性能（较短的着色/褪色时间和较高的着色效率）。

聚合物PEA骨架的存在对于电致变色过程中的副反应（如自由基的二聚反应）有一定抑制作用，从而大大提升了电致变色材料的稳定性，使得此类材料露置在空气中数月甚至两年之后仍具有良好的力学性能和电致变色性能（超过500次的拉伸循环和电致变色循环）（图4）。

更为重要的是，该变色凝胶的电导率随凝胶的拉伸程度明显变化，导电率的变化进而影响了材料电致变色和电致荧光变色的性能，因而该材料可将拉伸信号转化为光学信号，从而实现了对应变的可视化传感（图5a-f）。通过组装简易的柔性电致变色器件，在手指、肘部处于不同拉伸状态时，凝胶显示出不同的电致变色状态（图5g-i）。

总结展望：

该工作将紫精电致变色材料与离子凝胶相结合，研制出具有应变感应性能的变色传感离子凝胶材料。基于噻吩紫精的离子凝胶兼具电致变色、电致荧光变色的特性和优异的循环稳定性，同时该变色凝胶的电导率随凝胶的拉伸程度明显变化，导电率的变化进而影响了材料电致变色的性能，因而该材料可将拉伸信号转化为光学信号，从而实现了对应变的可视化传感。这项工作为研制可穿戴变色传感器件提供了一种简便易行的方法，具有巨大的应用前景和社会经济价值。本工作已在CCS Chemistry“Just Published”在线发表，西安交通大学助理教授张越巘为本论文第一作者，何刚教授为通讯作者，该工作得到了科技部和国家自然科学基金委的资助。

文章详情：

Ultrastable Viologen Ionic Liquids-based Ionogels for Visible Strain Sensor Integrated with Electrochromism, Electrofluorochromism and Strain Sensing

Yueyan Zhang, Mengying Guo, Guoping Li, Xiaoliang Chen, Zishun Liu, Jinyou Shao, YongAn Huang, Gang He*

Cite this by DOI：10.31635/ccschem.022.202202310文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.022.202202310

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原标题：《西安交通大学何刚团队：紫精基离子凝胶及在超稳定电致变色和可视化应变传感中的应用》