近日，厦门大学柔性电子（未来技术）研究院谢瑞杰助理教授与材料学院林乃波教授合作在离子与电子导体界面相容性方面取得重要进展，相关成果以“Molecular Chain Interpenetration–Enabled High Interfacial Compatibility of Ionic and Electronic Conductors for Stretchable Ionic Devices”为题发表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.202417175）期刊上。
研究背景
离子电子学是新兴的跨学科概念，涵盖电化学、固体物理学、电子工程和生物科学，近年来受到越来越多的关注。离子电子器件通过移动离子和移动电子的混合电路起作用，在工程和生物医学领域实现了众多应用。然而，离子器件中电子导体与离子导体的界面相容性较差，导致器件的可变形性、灵敏度、机电响应和稳定性较低。目前，已有的电子/离子导体界面设计方法存在诸多问题，如刚性导电氧化物电极与离子弹性体界面存在气隙，导致界面电阻高；碳墨水喷涂虽改善了界面兼容性，但仍需分别制备并集成不同组件；离子弹性体前驱体在涂有碳纳米管（CNT）的玻璃基板上聚合，因CNT与玻璃相互作用弱及玻璃基板刚性问题，导致界面稳定性差等。因此，为高性能、可持续、灵活的离子/电子器件提供稳定且无缝的界面，对推进下一代离子/电子器件至关重要。
研究内容
针对上述问题，本文使用原位聚合制造了硅改性聚氨酯/碳纳米管电子导体与离子器件中离子弹性体之间的互穿界面。通过分子链纠缠和分子间相互作用力（如离子-偶极相互作用和氢键）实现稳健的互穿电子/离子导体界面，从而获得优异的柔韧性、稳定性和器件性能。基于该策略制备的电粘附贴片在-4 V的降压输入下表现出高达 317 kPa的剪切强度，并应用于举重、移动物体、机器人攀爬、组织粘附以及生理电信号采集；二极管和晶体管可以发生任意变形，同时保持半导体器件特性，被认为适合用于未来的离子器件和逻辑电路；机电传感器对各种变形信号表现出敏感的电响应。这种解决电子和离子导体界面相容性问题的方法为多功能离子/电子器件的发展带来了希望。
SiPU/CNT与离子弹性体之间界面的设计与表征
研究相关
该项研究成果的第一作者为厦门大学材料学院研究生郑耀贤，通讯作者为厦门大学柔性电子（未来技术）研究院谢瑞杰助理教授、材料学院林乃波教授及美国能源部太平洋西北国家实验室史晨阳博士。本研究得到中国国家自然科学基金（51773171、21404087）、福建省自然科学基金（2017J06019、2024J01035）、厦门市自然科学基金（3502Z202373003）和深圳市科技计划项目的资助（JCYJ20240813145505008、JCYJ20220530143215033）。
