基于聚离子液体的多重刺激响应型智能水凝胶的设计和应用

Recently, stimuli-responsive poly(ionic lqiud)s have aroused tremendous interest due to their great potential applications as novel smart materials. Design and fabricate novel smart materials with complex architecture showing cross-talk responsiveness towards multiple stimuli is the main challenges. Herein, a series of multi-responsive poly(ionic liquid)s hydrogels bearing both imidazolium bromide ionic liquid (IL) and zwitterionic imidazolium alkyl carboxylate moieties with different alkyl spacer length are designed. We propose a simple method to fabricate the poly(ionic liquid)s hydrogels with postpolymerization modification on the reactive polymer precursor by one-pot synthesis. Originating from the functional groups, these hydrogels display tunable multi-responsiveness towards pH-, anion-, temperature- and redox-stimulus. The response and behavior of the hydrogels under various stimuli will be investigated. The cross-talk and logic control among the multiple stimuli will be analyzed. The multi-stimulus responsive poly(ionic liquid)s hydrogels will be employed to construct electronic device such as sensors, transforming the response of hydrogel to readable signals towards multi-stimuli sources. The project will broaden the scope of stimuli-responsive poly(ionic liquid) and lay the foundation for the development of smart materials and devices.

刺激响应型聚离子液体作为新型智能材料有着良好的应用前景，开发简单制备方法、设计合成具有多元化刺激响应模式和逻辑控制特点的多重刺激响应型材料是目前构筑智能材料的热点难点。本项目将开发一系列新型多重刺激响应型智能聚离子液体水凝胶。通过分子设计，利用后聚合修饰方法，通过一锅反应简单高效的合成同时具有咪唑离子液体基团、两性离子基团的多重刺激响应型聚离子液体水凝胶。由于多种功能基团的存在，水凝胶具备可调控的三重或四重刺激响应性（pH、阴离子种类/浓度、温度、氧化还原）。本项目将优化合成条件、研究聚离子液体水凝胶在不同刺激响应下的理化特征，及各类输出信息的逻辑特点。并利用所获得的新材料制备凝胶膜，设计电学器件，制备传感器，将多元环境刺激转化为定量可测的电学信号，实现聚离子液体水凝胶多元刺激响应的多指标输出分析。该项目的开展可加深对刺激响应型聚离子液体材料的科学认识，为智能材料及器件的研发奠定基础。

本项目旨在开发一系列新型刺激响应智能聚离子液体凝胶材料，并构筑传感器，将刺激转化为定量可测的电学信号，加深对刺激响应型聚离子液体材料的科学认识，为智能材料及器件的研发奠定基础。项目按照计划进行，主要开发了基于两性聚合物离子液体凝胶纤维体系，构建了具有刺激响应功能的智能凝胶传感纤维，探索了新型离子凝胶基智能传感纤维的分子优化设计以及简单制备策略，成功制备了具有自黏附、高透明度、机械性能可调以及高灵敏度的离子凝胶纤维，详细研究了传感纤维在不同极端环境下的传感性能，进一步拓宽凝胶基智能传感纤维的种类和应用场景，实现基于纤维/织物的智能交互平台；在项目实施过程中，拓展了智能离子液体凝胶的制备，利用细菌纤维素原生的三维多孔结构，与离子液体构筑离子凝胶，通过调节离子液体的种类、含量和基体材料的进一步修饰，开发了可将低品位热能转换为电能的凝胶基热电材料。在水凝胶的基础上，拓展乳液凝胶的制备，实现了以聚两性离子为水相、百里香为油相的酶促聚合引发的乳液凝胶制备新方法，开发新型抗菌医用敷料；构筑气凝胶基多孔材料，实现了海水淡化、相变材料固定化等新型应用。在项目的支持下，在国内外高水平期刊上发表高质量学术论文6篇，包括Advanced Functional Materials, Chemical Engineering Journal等，其中影响因子大于10的5篇，申请专利1项，受邀参加国际国内会议1次。项目研究成果为新型智能凝胶材料和器件的研究与开发开辟了新的思路。