南科大新型导电离子凝胶，可在不牺牲3D打印性和机械性能的情况下实现高导电性

2025年1月12日，南极熊获悉，南方科技大学机械与能源工程系葛奇教授领导的科研团队成功研发出一种具有双连续纳米结构的紫外固化离子凝胶，可在不牺牲3D打印性和机械性能的情况下实现高导电性。这一突破性的研究成果已发表于国际知名期刊《自然通讯》。

△南科大研究人员在不牺牲材料3D打印性能和机械性能的情况下实现了高导电性

在3D打印技术领域，开发具有优异导电性能的材料一直是一个关键挑战。南科大团队提出一种光聚合诱导微相分离策略来制备双连续离子凝胶。这些离子凝胶由导电纳米通道和交联聚合物骨架交织而成。双连续结构为离子传输提供了有序、连续的通道。这种方法赋予离子凝胶高导电性，同时又不牺牲可打印性和机械性能。所开发的离子凝胶表现出高离子电导率（超过3 S·m-1）、高拉伸率（超过1500%）、低滞后度（50%应变时为0.4%）和宽温度范围的热稳定性（-72~250 ℃）。

△相关研究题目为“高导电性和可拉伸纳米结构离子凝胶，可用于高性能3D打印电容传感器”（传送门）

双连续纳米结构离子凝胶实现高性能3D打印电容传感器

由于低粘度和高光反应性，双连续纳米结构离子凝胶非常适合用于DLP 3D打印，能够以高分辨率打印出高度复杂的几何形状。此外，含有离子凝胶的3D打印结构在宽温度范围内表现出卓越的变形能力和导电性。如下图g和h所示，3D打印的八重桁架结构在100℃和-30℃的极端温度条件下，均展现出了显著的可变形性。同时，八重桁架结构的导电性在这些温度条件下依然保持稳定。

双连续纳米结构离子凝胶的高可打印性不仅允许制造复杂的几何形状，而且可以用于进一步提升EDL电容传感器的电容性能。通过改变CSN离子凝胶层与金属基电极之间的接触过程，研究人员为EDL电容传感器打印出了具有梯度高度的半球形结构，显著增强了传感器的灵敏度，并拓宽了压力响应的线性范围。

△CSN离子凝胶的3D打印

采用3D打印技术制造的EDL电容式传感器，具备高灵敏度、高线性度、快速动态响应、出色的循环稳定性和宽工作温度范围等优异的传感性能。将这些传感器集成到机器人夹持器中，可在-30℃至150℃的宽温度范围内有效感应抓取信号，并在抓取不同物体时，收集到各种独特的信号组合。此外，研究人员还制作了一个由4×4个打印传感器组成的阵列，用于实时高分辨率的压力映射。

△采用CSN离子凝胶3D打印电容式传感器的传感性能

这些特性使得新型离子凝胶非常适合用于高性能的3D打印电容传感器。该研究不仅为3D打印传感器的制造提供了新的材料选择，也为其它需要高导电性与机械稳定性的应用开辟了新的可能性

本研究的第一作者为南方科技大学机械与能源工程系博士生何向南，通讯作者为葛奇教授。