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本文介绍了一项关于软光致离子电子学的研究。针对生物和机器电路中精确控制荷电物种迁移以实现复杂信号处理和更高功能的挑战，研究人员开发了一种基于非离子型光致产酸剂（PIGs）的软光致离子凝胶（PIGels）。该材料在光照下可产生巨大（>1000倍）且不可逆的电导率变化，具有可拉伸、图案化特性。研究成功演示了其在高灵敏度力学传感器（[?G/G0]/σ = 20 MPa-1）和光可写软电路中的应用，为软离子电子器件提供了新思路。
在当今的科技前沿，仿生电子与软体机器人的发展方兴未艾，一个核心挑战在于如何像生物体一样，在柔软、可形变的载体中实现精密而复杂的信号处理与控制。传统电子依赖刚性半导体中电子的移动，而生命系统则巧妙地利用离子（带电的原子或分子）在溶液或凝胶中的迁移来传递信息、执行功能。将这两种范式融合，催生了“离子电子学”（ionotronics）这一新兴领域。然而，现有的离子电子材料往往难以实现如传统光刻技术般对电路进行高精度、可编程的图案化，也缺乏在机械形变下稳定工作的特性，这限制了它们在可穿戴设备、生物集成界面和自适应软体机器人中的深入应用。
那么，能否创造一种材料，既具备生物体系的柔软、可拉伸特性，又能像光刻胶一样通过光照“写入”复杂的离子电路图案，并实现高灵敏的力学感知呢？这正是发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上的这项研究所致力于回答的问题。研究人员提出并构建了一类名为“软光致离子凝胶”（photo-ionic gels， PIGels）的新型材料，并系统展示了其在光写软电路和高灵敏度力学传感方面的巨大潜力。
为了开展此项研究，作者团队主要运用了以下几项关键技术方法：首先，他们设计并合成了多种非离子型光致产酸剂（photo-ion generators， PIGs）作为核心功能分子。其次，通过简单的溶胀方法，将这些PIGs分子整合到弹性聚合物基质中，从而制备出机械性能可调（杨氏模量E在60 kPa至10 MPa之间）的PIGels。最后，利用光照（光图案化）手段在PIGels内部诱导产生局域、稳定的离子电导率变化，并基于此构建功能器件，通过电导测量来表征其传感与电路性能。
光致产酸剂（PIGs）的合成与表征
研究团队开发了多种非离子型光致产酸剂分子。这些分子在黑暗状态下保持中性或极低的解离度，但在特定波长光照下，其分子结构发生不可逆变化，释放出质子（H+）或其他离子，从而显著增加所在体系的离子浓度。实验表明，根据PIGs的种类、浓度和溶剂环境的不同，光照可以引起超过1000倍的离子电导率不可逆提升。这为后续在凝胶材料中实现“光写”高导电路径奠定了化学基础。
软光致离子凝胶（PIGels）的制备与光图案化
研究人员将上述PIGs通过溶胀方式负载到聚二甲基硅氧烷（PDMS）等弹性体中，制得了软质、可拉伸的PIGels。这种材料继承了基底聚合物的力学性能，同时具备了光响应特性。通过掩膜版或直写式光照射，可以在PIGels内部特定区域触发PIGs的产酸反应，形成具有高离子电导率的永久性图案。研究测得这种光图案化的分辨率小于1厘米，并且形成的电导图案在数天内保持稳定，证明了其在器件工程中应用的可行性。
基于PIGels的高灵敏度力学传感器
利用PIGels的电导会因其微观结构在受力时发生改变的特性，研究人员构建了力学传感器。当PIGel被拉伸或压缩时，其内部离子传输路径发生变化，导致电导（G）改变。量化结果显示，其归一化电导变化与施加应力（σ）的比值（[?G/G0]/σ）高达20 MPa-1，表现出极高的应力灵敏度。这为开发可用于人体运动监测或电子皮肤的新型柔性传感器提供了材料平台。
光可写软离子电路演示
作为概念验证，研究团队展示了利用PIGels制作软离子电路的能力。他们通过光照在单一的PIGel片上“写入”复杂的导电图案，例如蜿蜒的导线和交叉的结点，从而构建出无需传统金属导线或硬质基板的全软质电路。这项工作验证了PIGels作为一种“可编程离子导体”在创建定制化、可重构软电子器件方面的潜力。
结论与讨论
本研究成功发展了一类基于非离子型光致产酸剂的软光致离子凝胶（PIGels）。该材料体系的核心优势在于，通过简单可控的光照，即可在柔软可拉伸的凝胶内部实现离子电导率的局部、大幅且不可逆的调控，从而“写入”功能性的离子电路。这不仅解决了软材料中难以实现精密电路图案化的难题，还赋予了材料自身高灵敏的力学传感特性。
其重要意义体现在多个层面：在基础科学上，它将光化学调控与离子传输行为在软物质体系中深度耦合，丰富了“离子电子学”的内涵，提出了“光致离子电子学”（photo-ionotronics）的新方向。在技术应用上，PIGels为下一代柔性电子、可穿戴设备、生物集成接口以及软体机器人提供了全新的材料构建策略。光写电路的特性使得器件设计更加灵活，易于定制和快速原型制作；而高灵敏度力学传感能力则使其在人工触觉、健康监测等领域具有直接应用前景。这项工作表明，通过巧妙的分子设计与材料合成，可以创造出兼具生物相容性、机械适配性和高级电子功能的新型软物质系统，为未来机器与生命体更紧密、更智能的融合开辟了新的道路。
