顶刊成果|深圳大学团队研发极端环境自适应离子液体弹性体,水下 / 高温传感再突破!

近日，深圳大学朱唐、朱才镇、徐坚研究团队在高分子领域国际顶级期刊 Macromolecules（2026, 59, 4519−4534）上发表最新研究成果。团队基于离子–偶极动态相互作用，设计并制备出一种无溶剂聚离子液体弹性体（PILE），成功解决传统柔性导电材料在水下、高温等极端环境下易失水、易溶胀、黏附失效、难以自修复等关键难题，为水下电子、海洋工程、可穿戴设备与软体机器人提供了新一代高性能材料方案。

文章介绍

一、研究背景：极端环境下的材料痛点

导电柔性材料是智能穿戴、软体机器人、水下装备的核心支撑。 

• 传统水凝胶：易失水、低温冻结、水下严重溶胀； 

• 常规离子凝胶 / 弹性体：物理共混易导致离子液体泄漏、相分离、力学偏弱、界面黏附差。  

在水下、高温、高湿等严苛场景下，现有材料难以长期稳定服役。

二、核心创新：动态界面自适应 + 离子–偶极增强网络

团队采用三元共聚精准分子设计，构建兼具力学、自修复、黏附与环境耐受的多功能弹性体： 

1. 三大功能单体 

• 丙烯酸正丁酯（BA）：提供链段柔性与本征黏附性 

• 甲基丙烯酸六氟丁酯（HFBMA）：赋予疏水性与力学增强 

• 可聚合离子液体（VBI TFSI）：提供稳定离子导电能力  

2. 关键作用：离子–偶极动态相互作用

咪唑鎓阳离子与 −CF₃ 强吸电子基团形成可逆离子–偶极作用，作为动态牺牲键，实现： 

• 高强度 + 超高拉伸 

• 高效能量耗散 

• 室温自主自修复  

3. 智能界面自适应

• 空气中：含氟链段自发富集表面，形成疏水保护层 

• 亲水基底：极性基团迁移界面，实现强偶极–偶极黏附 

• 疏水基底：氟链富集，实现疏水作用强黏附 

• 水下环境：氟链排开界面水层，实现稳定水下黏附

三、完整实验过程

1. 离子液体单体 VBI TFSI 合成 

• 将 1 - 乙烯基 - 3 - 丁基咪唑氯化物（VBI Cl） 溶于水； 

• 加入 双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI） 进行阴离子交换反应； 

• 室温搅拌 12 h，乙酸乙酯萃取，真空除去溶剂，得到高纯离子液体单体。  

2. 无溶剂聚离子液体弹性体（PILE）制备 

• 按体积比配制 BA / HFBMA / VBI TFSI 三元单体溶液； 

• 加入 0.4 wt% 光引发剂 Irgacure 184，搅拌均匀； 

• 氮气吹扫脱氧，注入 PTFE 模具； 

• 365 nm UV 光固化 30 min，得到无溶剂、自支撑、高透明弹性体。  

3. 对比样 PAAm-LiCl 水凝胶制备 

以丙烯酰胺为单体、LiCl 为导电盐、MBAA 为交联剂，常温自由基聚合24h，制备传统水凝胶作为对照。

四、关键表征与性能测试 

1. 结构与相互作用 

• ATR-FTIR、XPS：证实离子–偶极作用存在； 

• DSC：T₉ 低于室温，保证链段高运动性； 

• 流变（时温叠加）：揭示动态网络松弛行为； 

• SAXS：材料均一无相分离，保证高透明。  

2. 力学与黏附性能 

• 拉伸强度：~550 kPa 

• 断裂伸长率：~1737% 

• 空气 / 水下对玻璃、铁、PTFE、木材等强黏附  

3. 自修复性能 

刀片切断后室温直接贴合，18 h 力学修复效率达 98.9%，水下亦可自修复。 

4. 极端环境稳定性 

• 热稳定性：5% 热失重温度 >335 ℃ 

• 抗干燥：7 天质量损失 仅 0.29% 

• 抗溶胀：水下 7 天溶胀比 ≈1.05 

• 宽温导电：20–120 ℃ 稳定导电（3.58×10⁻² ~ 1.74×10⁻¹ S・m⁻¹）

5. 传感性能 

• 应变 / 弯曲 / 温度多模传感 

• 灵敏度高、响应快（~180 ms） 

• 空气 / 水下 200 次循环稳定    

五、极端环境核心优势

✅ 无溶剂体系，彻底告别失水 / 冻结 / 泄漏 

• 不含水、无游离离子液体，−40 ℃不冻、120 ℃不挥发 

• 长期服役稳定性远超传统水凝胶  

✅ 水下强黏附 + 自修复，解决水下器件致命痛点

• 水下对多种材质稳定黏附，可直接做水下传感器 / 密封胶 

• 室温 / 水下均可自修复，大幅提升耐用性  

✅ 疏水抗溶胀，水下 7 天性能基本不变 

• 表面氟链形成致密疏水层，不吸水、不溶胀 

• 水下长期使用信号无衰减  

✅ 宽温稳定导电，适配高温 / 野外场景 

• 20–120 ℃ 电导稳定，高温 7 天几乎不衰减 

• 离子传输遵循 VTF 机制，可靠性高  

✅ 高透明 + 强韧性 + 低滞后

• 可见光透过率 >92% 

• 兼顾高强度与超高拉伸，抗疲劳、可穿戴    

六、典型应用场景 

• 海洋探测、水下机器人、水下传感 

• 高温工业监测、野外极端环境设备 

• 长期穿戴式健康监测电子 

• 水下密封、自修复导电胶、柔性电极    

图文导读

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图 2

图 3

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图 5

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图 7

研究总结

深圳大学团队开发的离子–偶极增强无溶剂聚离子液体弹性体，以动态界面自适应与可逆非共价网络为核心，实现强韧、透明、自修复、空气 / 水下强黏附、宽温稳定导电于一体，是面向极端环境的新一代离子导电柔性材料，为水下电子、高温传感、软体机器人等领域提供了全新设计策略与材料支撑。

注：本文的传感性能测试由上海幂方电子科技有限公司FT2000柔性电子测试仪完成

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