科研速递 | 理工学院张祺教授课题组在Advanced Functional Materials上发表文章
近日，香港中文大学（深圳）理工学院张祺助理教授在介电复合弹性体领域取得新进展，相关成果以“Highly Transparent and Long-Term Stable Dielectric Elastomer Composites Enabled by Poly(ionic liquid) Inclusion”为题发表于Advanced Functional Materials期刊。
期刊介绍
Advanced Functional Materials是Wiley旗下的TOP期刊，该刊发文范围涵盖材料科学领域，旨在及时、准确、全面地报道国内外材料科学工作者在该领域取得的最新研究成果。该期刊最新影响因子为19.0，JCR分区Q1。
研究背景
复合介电弹性体是一种将可拉伸弹性体与功能填料集成在一起的新兴材料。相比传统的介电高分子，这种复合材料的介电常数、机械强度、导热性和自愈能力都得到了提升，因此被广泛应用于传感、驱动、显示等柔性器件研究中。介电弹性体复合材料的性质决定了柔性器件的综合性能，例如高的介电常数有助于提高器件灵敏度、降低能耗和驱动电压；高透明性对于制造显示器、发光器件和软透镜也很有帮助；材料的长期稳定性则影响了器件的使用寿命。但是目前为止，没有介电弹性体复合材料可以同时拥有高介电常数、高透明度、良好的拉伸性与长时间稳定性，这使得相应的柔性器件面临性能取舍困难，器件构成和制作工艺复杂等难以克服的挑战。
研究内容
在该工作中，我们将聚离子液体作为填料复合进传统介电弹性体中。得益于聚离子液体高的离子电导率、可调的折射率、良好的热稳定性等优点，制备得到的介电弹性体复合材料表现出优异的介电常数、高透明度和良好的长期稳定性。我们还进一步展示了聚离子液体填充的介电弹性体复合材料在传感和电致发光领域的应用，展现了该复合材料在柔性器件中的应用前景。
图1. 介电弹性体复合材料的制备和表征
介电弹性体复合材料的制备工艺非常简便，将离子液体单体与丙烯酸酯共聚即可调节材料的折光指数。将一定比例的共聚单体与硅橡胶前驱液搅拌成乳液后，依次进行光固化和热固化，即可得到复合材料。如图1所示，该复合材料展现出很高的可见光区透明性。
图2. 介电弹性体复合材料的力学和介电性质
相比于传统的介电弹性体，填充聚离子液体的方法可以使得材料在展现出良好拉伸性的同时具有很高的介电常数。并且制备得到的复合弹性体在高温下仍然保持了稳定的力学性能和介电常数（图2），在长时间高温测试中也表现出良好的热稳定性（图3）。
图3. 介电弹性体复合材料的稳定性
基于制备得到的介电弹性体复合材料，我们成功开发出了柔性应变传感器和柔性电致发光器件（图4、图5）。这些器件在不同温度下均展现出良好的性能，并且在长时间高温放置后也没有出现明显的性能下降，具有很高的实用价值。
图4.基于介电弹性体复合材料的柔性应变传感器
图5.基于介电弹性体复合材料的柔性电致发光器件
研究结论
研究表明，将聚离子液体填充到弹性体基体中可以成功制备出高性能的介电弹性体复合材料。该材料在展现高光学透明性的同时，也具备了高介电常数、良好的拉伸性和优异的稳定性。基于制备出的介电弹性体复合材料，我们成功开发了柔性的应变传感器和电致发光器件，进一步证明了该材料的的多功能性。总的来说，该研究为设计高性能介电弹性体开辟了新的视野，同时为柔性电子、生物医学设备和智能传感器等领域的研究提供了新的思路。
作者简介
本文通讯作者为香港中文大学（深圳）理工学院张祺助理教授。
张祺，香港中文大学（深圳）理工学院助理教授、校长青年学者。中山大学本科，浙江大学博士，加拿大 McMaster大学博士后。2018年3月起任职香港中文大学（深圳）理工学院。研究方向：聚合物产品工程、智能高分子、高性能粘接材料等。在Nat. Commun.、Adv. Mat.、Adv. Funct. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Macromolecules等高分子材料相关国际核心期刊发表学术论文80余篇；拥有授权中国发明专利22项，授权美国专利3项。担任深圳市先进材料产品工程重点实验室副主任，兼任深圳先进高分子材料研究院技术总监。入选“未来化工学者”（2021年）、斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家榜单（2022年度）。
本文第一作者为香港中文大学（深圳）博士生张长庚。
张长庚，香港中文大学（深圳）2019级博士研究生。目前主要从事介电高分子材料、柔性传感器等研究。
