Piezoionic Elastomers by Phase and Interface Engineering for High‐Performance Energy‐Harvesting Ionotronics

材料科学 弹性体 离子键合 相(物质) 纳米技术 能量收集 机械能 化学物理 人工肌肉 自愈水凝胶 复合材料 离子 执行机构 计算机科学 功率(物理) 高分子化学 热力学 化学 有机化学 物理 量子力学 人工智能
作者
Weiyan Zhu,Baohu Wu,Zhouyue Lei,Peiyi Wu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (18) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adma.202313127
摘要

Abstract Piezoionic materials play a pivotal role in energy‐harvesting ionotronics. However, a persistent challenge lies in balancing the structural requirements for voltage generation, current conduction, and mechanical adaptability. The conventional approach of employing crystalline heterostructures for stress concentration and localized charge separation, while effective for voltage generation, often compromises the stretchability and long‐range charge transport found in homogeneous quasisolid states. Herein, phase and interface engineering strategy is introduced to address this dilemma and a piezoionic elastomer is presented that seamlessly integrates ionic liquids and ionic plastic crystals, forming a finely tuned microphase‐separated structure with an intermediate phase. This approach promotes charge separation via stress concentration among hard phases while leveraging the high ionic charge mobility in soft and intermediate phases. Impressively, the elastomer achieves an extraordinary piezoionic coefficient of about 6.0 mV kPa −1 , a more than threefold improvement over current hydrogels and ionogels. The resulting power density of 1.3 µW cm −3 sets a new benchmark, exceeding that of state‐of‐the‐art piezoionic gels. Notably, this elastomer combines outstanding stretchability, remarkable toughness, and rapid self‐healing capability, underscoring its potential for real‐world applications. This work may represent a stride toward mechanically robust energy harvesting systems and provide insights into ionotronic systems for human–machine interaction.
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