《Applied Materials Today》：Smart fire safety ionogels with widely tunable mechanical properties
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离子凝胶的阻燃与多功能调控研究。通过引入含磷离子液体（PIL）调节相结构，制备出机械性能可调的多功能阻燃离子凝胶（MFIGs），兼具优异阻燃性（LOI 54.5%）、电导响应和热电转换特性，为智能安全材料开发提供新思路。
曾庆涛|赖学军|李洪强|舒旭刚|周向阳|尚静琪|蒲夏|曾星荣|张立群
中国广东省广州市白云区广康路1188号中凯农林工程学院化学与材料工程学院
引言
凝胶聚合物在能量存储设备、离子皮肤和可穿戴设备中展现出巨大的应用前景，吸引了越来越多的关注[[1], [2], [3]]。为了满足不同应用领域的需求，凝胶聚合物通常需要具备可调的机械性能[4]。例如，具有高拉伸强度和模量的凝胶可以用于强化设备（如组织工程、支架等），以抵抗外部力的影响；而柔性和可拉伸的凝胶则可以作为健康监测的应变传感器。然而，大多数凝胶聚合物存在易燃的缺点，这严重威胁到人类健康。随着安全意识的提高，迫切需要提高凝胶聚合物在能量存储、智能机器人和物联网应用中的消防安全[5]。通常，需要添加大量的阻燃剂来增强防火性能，但这会导致其固有性能的下降[6]。
离子液体（ILs）由有机阳离子和无机阴离子组成，因其非挥发性、高稳定性和离子导电性等优异性能而受到广泛关注[[7], [8], [9]]。离子凝胶是一种聚合物网络，其中离子液体作为分散介质，在电子设备、智能机器人、离子皮肤和能量存储等领域具有很高的应用潜力[[10], [11], [12]]。通过调节离子液体和单体的化学结构或含量，可以调控离子凝胶的相结构，从而调节其机械性能。欧阳等人[13]使用水性聚氨酯（WPU）和离子液体1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺制备了可拉伸的离子凝胶，并能够根据WPU和离子液体的含量调节其机械性能。胡的研究小组[14]通过原位相分离技术制备了高韧性和可拉伸性的离子凝胶，其拉伸强度达到12.6 MPa，断裂伸长率为600%。有趣的是，离子液体通常具有良好的温度响应性能，如电阻响应和热电转换性能[[15], [16], [17]]。离子液体可以为离子凝胶赋予防火性能，从而提高其消防安全。然而，仍存在一些问题：首先，大多数离子液体不具备令人满意的阻燃性能，通常需要与其他阻燃剂复合[18]，这增加了加工的复杂性并降低了其固有性能；其次，阻燃离子液体通常含有卤素元素[19,20]，燃烧时会释放有毒物质，造成环境污染。因此，制备具有可调机械性能和高消防安全的多功能离子凝胶仍然是一个挑战。
本文通过原位紫外光引发聚合的方法，在含有阻燃剂的含磷离子液体（PIL）中分散丙烯酰胺（AAm）和丙烯酸（AA）来制备多功能阻燃离子凝胶（MFIGs）。聚丙烯酰胺（PAAm）与PIL的相容性较差，形成聚合物相；而聚丙烯酸（PAA）与PIL的相容性较好，形成PIL相。通过调整PIL和单体的含量来改变相结构，可以广泛调节MFIGs的机械性能，其极限氧指数达到了54.5%，表现出优异的阻燃性能。同时，PIL还为MFIGs赋予了电阻响应和热电转换性能，进一步提升了消防安全。我们的工作为制备多功能和智能防火离子凝胶提供了新的思路。
材料
丙烯酸（AA, AR）由中国上海麦克林生化有限公司提供。丙烯酰胺（AAm, AR）、光引发剂2-羟基-4'-(2-羟基乙氧基)-2-甲基丙酮和交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA）由中国阿拉丁试剂有限公司购买。含磷离子液体（PIL）1-丁基-3-甲基咪唑二氢磷酸盐由中国科学院兰州化学物理研究所提供。松木材料来自...
多功能阻燃离子凝胶（MFIGs）的设计策略
图1展示了MFIGs的设计策略。多功能阻燃离子凝胶（MFIGs）是通过在含有阻燃剂的含磷离子液体（PIL）中分散丙烯酰胺（AAm）和丙烯酸（AA），然后进行原位紫外光引发聚合制备的。由于聚丙烯酰胺（PAAm）与基于咪唑的离子液体的相容性较差，因此主要形成聚合物相；而聚丙烯酸（PAA）与PIL的相容性较好，主要形成PIL相。
结论
在本研究中，通过原位紫外光引发聚合的方法，在含有阻燃剂的含磷离子液体（PIL）中分散丙烯酰胺（AAm）和丙烯酸（AA）制备出了多功能阻燃离子凝胶（MFIGs）。通过改变PIL和单体的含量，可以调节MFIGs的相结构，从而广泛调节其机械性能。制备出的MFIGs具有优异的机械性能（拉伸强度为9.9 MPa，模量为2.1 MPa）。
CRediT作者贡献声明
曾庆涛：撰写——初稿。赖学军：撰写——审阅与编辑。李洪强：数据整理。舒旭刚：实验研究。周向阳：结果验证。尚静琪：结果验证。蒲夏：结果验证。曾星荣：资金筹集。张立群：项目指导。
