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Reversible Ion-Conducting Switch by Azobenzene Molecule with Light-Controlled Sol–Gel Transitions of the PNIPAm Ion Gel

偶氮苯 材料科学 离子键合 离子 离子液体 离子电导率 分子开关 异构化 分子 化学物理 聚合物 物理化学 催化作用 有机化学 电解质 化学 电极 复合材料
作者
Caihong Wang,Weibin Dong,Peiqi Li,Yifan Wang,Haiyan Tu,Shuai Tan,Yong Wu,Masayoshi Watanabe
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (37): 42202-42209 被引量:54
标识
DOI:10.1021/acsami.0c12910
摘要

Exploring a simple, on-demanding method of manipulating ionic conduction of ionic liquids with large amplitudes is a challenging task. Here, a reversible ion-conducting switch was obtained based on photoswitchable sol-gel transitions. The device was successfully applied in an electronic circuit to switch it on/off. The ion gel was prepared by directly mixing following individual components: azobenzene (Azo), poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAm), and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([C2mim][NTf2]). The mixture is denoted as Azo/PNIPAm/[C2mim][NTf2]. The framework of this gel structure was particularly designed as an analogue to the physical mode of control theory: sensor/amplification/action. Light-induced isomerization of Azo acts as the light sensor to trigger the macroscopic sol-gel transition of PNIPAm assemblies. Such transition works as the amplification, which significantly affects the ionic movements, resulting in high-amplitude switching behavior. A photoswitchable ionic conductive device was demonstrated as action in this paper. Under UV irradiation, the sol-like state of Azo/PNIPAm/[C2mim][NTf2] provided a higher ion conduction (around 1 mS/cm) while being exposed to visible light, and a lower ion conduction (0.04 mS/cm) was observed in the gel state. This photoswitchable ion conductivity device was integrated to a well-designed logic gate to switch circuits on or off. This confirms the possible practical application of the sol-gel device, which outputs stable and detectable electrical signals. The research here demonstrates a simple but effective strategy to control the ionic movements, which can be applied in optoelectronic devices. The principle can be used to design different types of molecular optoelectronic switches.
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