Skin-Inspired 3D Printing Porous Ionogels with Microsphere-Interlocked Structures for Flexible Sensors

材料科学 季戊四醇 纳米技术 自愈水凝胶 离子液体 离子键合 乙二醇 化学工程 多孔性 复合材料 高分子化学 离子 有机化学 催化作用 化学 阻燃剂 工程类
作者
Siqi Zhang,Wanqi Feng,Yu Jiang,Tao Zhang,Dan Yu,Wei Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.5c13776
摘要

The demand for flexible sensors in wearable electronics, health monitoring, and other fields has driven the innovative development of ionogel materials. However, traditional ionogels face challenges such as ionic liquid leakage, insufficient mechanical properties, and difficulty in special structural design by facile methods. This study designs a photocurable ink containing the polymerizable ionic monomer [BVIM]Br, the multifunctional thiol pentaerythritol tetrakis(3-mercaptopropionate), and the cross-linking agent poly(ethylene glycol) diacrylate. By utilizing the fast and oxygen-inhibited thiol–ene click reaction, a strong and tough covalent cross-linked network is formed in 30 min by Digital Light Process (DLP) three-dimensional (3D) printing technology, in which the ionic groups are covalently anchored and can solve the problem of ionic liquid leakage. At the same time, polymerization-induced phase separation generates through-micropores in situ at the microscopic scale, forming a dual-scale cooperative enhancement mechanism. Additionally, a microsphere interlocking array mimicking the dermal-epidermal interface of skin is precisely designed on a macroscopic scale. This structure not only significantly enhances the interfacial adhesion and mechanical stability of the material but also provides efficient three-dimensional channels for ion migration. The resulting porous ionogel exhibits high flexibility, high sensitivity (−0.819 kPa–1), fast response time (64.2 ms), and durability of 1000 cycles, demonstrating excellent performance in human motion monitoring and Morse code communication. This study gives some ideas for the development of high-performance flexible sensors based on ionogels with bioinspired structures.

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