来源：材料科学与工程
柔性和可穿戴电子产品的日益普及引发了对软导体的巨大需求。近年来，软离子导体在电子皮肤、类皮肤传感器、人机界面和软机器人等应用中得到了广泛关注。新兴的低温保护剂替代方法，赋予水凝胶不干燥和防冻的特性，但低导电性仍然限制了其更广泛的电子应用。
来自香港大学和香港城市大学的学者引入了Hofmeister效应和静电相互作用来提高有机水凝胶的导电性，并对其增强机理进行了深入研究。Hofmeister效应主要影响物理性质，如孔隙结构和机械强度，进而影响溶剂置换过程中的离子转移。通过静电相互作用形成的锂和钠键在有机水凝胶的导电性中起着更重要的作用，基于Hofmeister效应和静电相互作用的协同增强，本文给出了一个整体策略以实现高离子导电性有机水凝胶。本文提出的机理推进了对离子对可穿戴电子器件用有机水凝胶贡献的理解。相关文章以“Hofmeister Effect and Electrostatic Interaction Enhanced Ionic Conductive Organohydrogels for Electronic Applications”标题发表在Advanced Functional Materials。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202110859
图1. Hofmeister效应对AV基有机水凝胶的影响：a）简化阴离子Hofmeister系列的示意图，b）SEM图像，c）应力和应变值，以及d）各种钠盐基AV有机水凝胶的电导率比较。
图2. 静电相互作用对AV基有机水凝胶的影响：a）各种氯盐基AV水凝胶/有机水凝胶的FTIR光谱，b）锂、钠和氢键的各种因素的示意图比较，c）应力和应变值，d）拉曼散射光谱和e）氯盐基AV水凝胶/有机水凝胶的导电性，以及f）有机水凝胶中添加剂盐中阳离子的剩余百分比。
图3.对AV基有机水凝胶的协同效应：a）FTIR光谱，b）拉曼散射光谱，c）有机水凝胶中阳离子的剩余百分比，以及d）各种氯盐基AV水凝胶/有机水凝胶的导电性。e）使用溶剂置换法对AV基有机水凝胶导电性的协同效应的示意性总结。
图4. AV/LiCl有机水凝胶的电子应用：a）S-TENG制造和工作原理示意图，b）各种AV基S-TENG的VOC信号，以及c）基于Hofmeister效应和静电相互作用的各种AV基S-TENG的VOC比较。d） 基于热扩散效应的AV/LiCl有机水凝胶基电池的工作机理示意图，以及AV/LiCl有机水凝胶基电池的热电压和热功率。
本文研究了溶剂置换对有机水凝胶导电性的Hofmeister效应和静电相互作用的增强机理。与盐析现象相比，基于Hofmeister效应的盐析现象对电导率有积极影响，因为形成了较小的空腔，避免了无机盐从水凝胶过度转移到甘油溶液中。影响有机水凝胶高导电性的关键因素是通过静电相互作用形成锂/钠键。由于较强的键合，即使在溶剂置换过程后，这些键在有机水凝胶中也是稳定的。因此，有机水凝胶可作为离子导体和减反射层用于电子应用，包括摩擦电、光伏和热电器件。这项工作提供了一种通过溶剂置换来缓解有机水凝胶导电性降低的方法，所提出的机制有望促进对离子对有机水凝胶在电子应用中的贡献的理解。