基于离子液体凝胶的制备及其在柔性传感器方面的应用
摘要：近年来随着智能化穿戴设备的发展，电子元件便携化、柔性化引起人们的兴趣。柔性传感器作为可穿戴电子设备的重要组成部分变为研究的热点。聚离子液体凝胶具有良好的电化学性能和机械性能，同时具备一定的柔性和自愈性，在电化学储能、传感、气体吸附和生物医学领域的应用越来越受关注，可作为柔性传感器的一种解决方案。本文就聚离子液体凝胶的特点，制备原理，以及基于离子液体凝胶在柔性传感器方面的应用的相关的国内外研究现状进行了综述。
关键词：离子液体； 聚离子液体凝胶； 压力传感器； 聚合反应
一、聚离子液体凝胶的制备
离子液体是由阴阳离子构成的物质，一般熔点低于100 ℃[1]。无机离子化合物中的阴阳离子间通常有较强的库仑力作用，导致室温下为固态。而离子液体主要由有机阳离子与无机阴离子或有机阴离子构成，由于有机离子具有较大的离子半径，削弱了阴阳离子间的作用力，因此可在温度低于100 ℃的条件下转变为液体。关于离子液体的研究可以追溯至1914年[2]，Sudgen等报道了第一个在室温下呈液体的有机盐类硝酸乙基胺[C2H5NH3][NO3], 它的熔点为12 ℃。但在当时以及之后几十年，关于离子液体的研究并不多。直到1976年Koch等报道重新合成了基于N-烷基吡啶的氯铝酸盐离子液体。N-烷基吡啶的氯铝酸盐离子液体系的发现, 为离子液体在电化学、有机合成、催化等领域的应用初步奠定了基础。到了20世纪90年代, 一类以1, 3-二烷基咪唑氟硼酸盐为代表的新型离子液体被人们成功合成，使得离子液体的研究和应用迅速扩展。同时, 离子液体的研究成功扩展到分离分析、电化学以及功能材料等领域[3]。离子液体具有不易挥发、热稳定性好、电化学性能较好等优点，通过调节阴阳离子组成，可以开发出多种功能性材料。
以离子液体为单体聚合的高分子称为聚离子液体(PILs)。聚离子液体在兼具离子液体性能优点的同时，还具有相对更好的力学性能和稳定性。聚离子液体凝胶包含由离子液体单体重复组成的高分子链，由于链段上的重复单元具备离子液体的特性，同时又具有高分子材料机械性能相对优良的特点。主要有两种路线合成凝胶连续相[4]，一种是利用单体上的官能团，直接发生均聚或共聚，形成聚离子液体；另一种则是首先得到其他单体形成的高分子，再通过化学反应改造，使其成为聚离子液体。常见的合成方法是使用带有不饱和双键结构的离子液体单体溶液，在光照或加热的条件下，通过化学引发剂引发的自由基聚合反应，使单体不断发生加成反应，形成高分子链，反应中添加的交联剂则促使高分子链之间形成空间网状结构。常用引发剂类型主要有：偶氮类、过氧化物类、氧化还原体系。针对自由基光引发剂，又主要分为两大类：裂解型光引发剂和夺氢型光引发剂[5]。常见的基于聚离子凝胶的压力传感器是将最终成型的凝胶修剪成适宜的形状后，再用其他连接仪器导电材料贴合凝胶两侧，由于聚离子凝胶基本具有较好的导电性和形变能力，可以通过电化学性质的变化传感压力的变化。
二、聚离子液体凝胶的在柔性传感器的应用
聚离子液体凝胶在多个领域都有应用前景，包括储能、传感、抗菌、生物医药和电子皮肤等。本文将主要讨论基于聚离子液体凝胶制备的柔性压力传感器。近年来随着可穿戴智能设备的迅速发展，柔性传感材料引起了人们的兴趣。压力传感器对可穿戴电子设备的设计具有重要意义，通过获取外界压力数据，电子设备可以转化出目标的重要信息。用于可穿戴电子设备的压力传感器不仅要精确稳定，更要便携易用。设计出柔性便携、稳定可靠的压力传感器，顺应了可穿戴智能设备的便携要求。聚离子液体凝胶首先具有较高的离子导电性和稳定的电化学性能，其次具有良好的机械性能，还可通过改变离子液体种类和合成方法，得到其他性能强化的功能性材料。因此聚离子液体凝胶将是一种可应用于柔性压力传感器的新型材料。国内外的研究利用聚离子液体凝胶已经制备出了众多性能优良，功能各异的柔性传感器材料。
孙利杰[6]等采用自由基聚合法，将单体3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐(DMAPS)、丙烯酸(AA)与离子液体1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺([EMI][DCA])在紫外光下制备离子凝胶。该离子凝胶表现出高透明度、高拉伸性（断裂伸长率约为650%）和高离子电导率(约为1.31mS/cm)的特点。作为电阻式压力传感器，能对应变传感表现出良好的敏感度和稳定性；用作电容式传感器也能较好的感知压力。
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