導電水凝膠因其良好的生物相容性和穩定性而在新興的水凝膠生物電子領域引起了廣泛關注。其中，導
電聚合物聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT:PSS）由於其高導電性、生物相容性和水穩定性，近年來得到了廣泛的研究
。然而，水凝膠的電導率通常低於 1 S/cm，不適用於數位電路或生物電子學中的應用。在水凝膠中引入導電無機填料可以提高其導電性，但這可能會導致其在柔順性、生物相容性、變形性和生物降解性等方面的妥協。
近日，
西安交通大學
王洪教授
等報道了一系列
不含任何導電填料的高導電離子液體 (IL) 摻雜的 PEDOT:PSS 水凝膠
。這些水凝膠表現出約
305 S/cm的高電導率，比文獻中沒有導電填料的聚合物水凝膠的記錄高約8倍
。高導電性提高了水凝膠基熱電器件的面熱電輸出功率，並提高了電磁干擾遮蔽效率，比文獻中最先進的導電水凝膠高出約一個數量級。此外，這些
可拉伸（應變> 30％）水凝膠表現出快速的自我修復和形狀/尺寸可調的特性
，在感測、熱電、電磁干擾遮蔽等應用領域具有廣闊的應用前景。相關工作近期以題為“Ultra-high electrical conductivity in filler-free polymeric hydrogels toward thermoelectrics and electromagnetic interference shielding”發表在了《Advanced Materials》上。
圖a，b分別為PEDOT：PSS和6種ILs的分子結構， 研究人員將PEDOT：PSS和ILs的混合物滴注在聚四氟乙烯模具上，在室溫下乾燥，製備了獨立的摻IL的PEDOT：PSS膜。退火15min後，將所得膜在甘油水溶液中浸泡約30s，得到PEDOT：PSS水凝膠。
製備過程
透過對上述薄膜材料電導率測定，結果顯示，與原始PEDOT：PSS薄膜相比，這些摻IL的PEDOT：PSS薄膜在導電性方面得到顯著的改善，且電導率隨IL濃度的增加而增加。此外，研究人員還透過陰離子交換機制對摻IL的PEDOT：PSS薄膜導電性改善進行了解釋。
薄膜電導率研究
將薄膜浸泡在甘油水溶液中，製備了摻IL的PEDOT：PSS水凝膠，與薄膜相比，獲得的水凝膠變厚，而其長度沒有明顯變化。隨後，研究人員還細緻的研究了甘油濃度對水凝膠厚度、電導率等的影響，在甘油濃度為90%時，PEDOT：PSSM水凝膠/EMIM-TFSI的最高導電率約為之前無無機導電填料水凝膠導電率記錄的8倍。
水凝膠電導率研究
此外，PEDOT：PSS水凝膠/EMIM-TFSI/甘油-90可切割成任意結構用於不同目的。研究人員還用其製作了一個應變感測器，以展示PEDOT：PSS水凝膠/EMIM-TFSI/甘油-90在感測中的潛在應用。當手指彎曲15度、30度、45度和60度時，可觀察到清晰且可產生的電阻變化。透過電路中的LED燈還可以觀察到PEDOT：PSS水凝膠/EMIM-TFSI/甘油-90的快速自愈能力，在切割過程中LED燈一直亮著，這些結果表明，所獲得的水凝膠具有一系列在生物電子學中應用非常理想的性質。
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水凝膠應用測試
在熱電轉換和電磁干擾（EMI）應用中，顯著的導電性有助於提高水凝膠基器件的效能。研究發現，該工作中厚度為46μm的PEDOT：PSS /EMIM-TFSI/甘油-90水凝膠的
EMI遮蔽效率為54 dB
，能夠滿足商業要求。
電磁遮蔽效率測試
綜上，這項工作為開發具有理想機械效能的高導電水凝膠提供了一種簡單而有效的方法，可促進聚合物水凝膠在軟性和自修覆水凝膠生物電裝置以及可穿戴有機裝置如感測、熱電、電磁干擾遮蔽等應用中的研究。
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