可3D打印紫精基离子凝胶的制备及其在可视化传感与阵列显示中的应用研究
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发布时间：2024-08-03
发布时间：2024-08-03
文章标题：可3D打印紫精基离子凝胶的制备及其在可视化传感与阵列显示中的应用研究
内容：
Zhikang Han, Huan Yuan, Heng Zhang, Yueyan Zhang, Jian Lv, Xinyi Zhang, Zengrong Wang, Naiyao Li, Chenxu Liang, Ni Yan, Maxim Maximov, YongAn Huang, Gang He* (3-Dimensional Printable Viologen-Based Ionogel for Visible Sensing and Display)
全文速览：
在这项研究中，本课题组报道了一种新型苯基紫精衍生物 (SPr)2PhMeV 的合成及应用，由于该化合物含有苯环、磺酸根和甲基等基团，使其具有在光照下不产生自由基的独特性质，首次实现了直接采用数字光处理 3D打印技术制备基于紫精的离子凝胶，使得可视化传感和显示应用中的精细结构成为可能。所制备的离子凝胶具有优异的延展性（17倍）、高透明度（透射率：85%）和自愈合能力（接触后导电性即可恢复）。我们进一步探索了该凝胶的应用潜力，利用其电致变色特性开发了可用于检测温度（30-90 ℃，TCR = 36.09% ℃-1）和应变（应变为300%时无颜色变化）的可视化传感器，这些传感器能够同时检测电阻和相应的电致变色行为变化。此外，该工作还制作了一个可以在数秒内独立呈现26个字母和10个阿拉伯数字的显示设备。该工作不仅开发了一种制备紫精基离子凝胶的新策略，还为基于3D技术的可视化传感器和显示器奠定了坚实的基础。
背景介绍：
紫精类化合物因其丰富的电致变色特性而被广泛应用于智能窗户、可穿戴传感器和显示器等领域。然而，溶液型电致变色器件面临电解液泄露引发的寿命衰减与电路侵蚀等问题，极大地限制了其实际应用潜力。尽管紫精离子凝胶能通过引入聚合物增加体系粘度来减轻上述问题，但其精细结构的制备依然存在挑战，尤其是紫精的光致变色特性导致了其无法直接应用于数字光处理3D打印技术。紫精在光照下容易吸收光子生成自由基，进而干扰打印过程中的自由基聚合。为此，本工作聚焦于紫精的双电子转移机制，期望能在光照条件下规避自由基生成。最近研究表明，通过在吡啶单元中引入苯环，可显著促进紫精分子的协同双电子转移过程。然而，当前对其研究多集中于氧化还原过程中的电荷转移特性，光化学反应层面的探索尚显不足。基于此，我们提出创新思路：结合苯基紫精衍生物独特的双电子转移机制与离子凝胶的优势，旨在突破3D打印过程中聚合的难题。这种方法有望为新型可视化传感器及显示设备的研发开辟新路径，推动智能材料领域的技术革新与应用拓展。
本文亮点：
1. 本研究制备了一种含苯环的新型紫精衍生物，该分子在光照下不产生自由基，这使得它能顺利融入3D打印离子凝胶中。通过该技术制备的紫精基离子凝胶，兼具高透明度（85%透光率）、强拉伸性（17倍）及自修复特性，大幅简化了紫精基离子凝胶的制备流程。
2. 该凝胶对温度和应变变化表现出出色的视觉响应，使其非常适合可视化温度(30~90 ℃, TCR = 36.09% ℃-1)和应变传感（应变为300%时无颜色变化）。此外，该工作还设计了一种能够在数秒内独立显示26个字母和10个数字的显示装置，为下一代基于紫精的传感显示技术奠定了基础。
文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.024.202404393