摘要：大家好！今天来了解一种神奇的材料——磁离子弹性体（MINE）——《Self-healing and hyperelastic magneto-iono-elastomers through molecular confinement of magnetic a
大家好！今天来了解一种神奇的材料——磁离子弹性体（MINE）——《Self-healing and hyperelastic magneto-iono-elastomers through molecular confinement of magnetic anions》发表于《SCIENCE ADVANCES》。它有着许多令人惊叹的特性，在多个领域都展现出了巨大的潜力。现在，让我们开启这场关于MINE的探索之旅。
*本文只做阅读笔记分享*
一、研究背景
首先，让我们看看大自然给予我们的灵感。候鸟在迁徙过程中，能够利用地球磁场进行导航，就像拥有一个内置的指南针。这种磁响应性在许多生物中都存在，它激发了科学家们去开发类似的软磁材料，用于软机器人、人机界面等领域。
再看看我们的皮肤，它不仅具有弹性，还能自我修复。这两种特性对于材料来说非常重要，尤其是在需要长期使用和反复变形的情况下。传统上，我们使用金属基磁性颗粒来制造磁性材料，但这些材料往往不透明且弹性较差。而磁性离子液体（MIL）的出现，为我们带来了新的希望。它既透明又含有磁性金属离子，不过，要在保持柔软和弹性的同时实现高磁响应性，仍然是一个挑战。
二、材料设计与制备
为了解决这个问题，设计了一种独特的磁离子弹性体（MINE）。MINE由一种富含氨基甲酸酯基团的聚合物和磁性离子液体（MIL）组成。这些氨基甲酸酯基团就像一双双小手，通过潜在氢键（PHB）和金属配位键（MCB）紧紧抓住MIL中的阴离子，将它们限制在聚合物网络中。这样一来，Emim阳离子就可以自由移动，为材料带来离子导电性，而阴离子则负责磁性。
如何制备MINE的呢？首先，通过一个简单的一锅缩聚反应，使用四种单体（DMG、PTMEG、甘油和IPDI）合成氨基甲酸酯基聚合物。然后，将不同交联度的聚合物与不同含量的[Emim]混合。就像搭积木一样，我们通过调整这些“积木”的组合，制备出了不同性能的MINE，比如MINE1到MINE6等。
三、MINE特性-高MIL负载与性能提升
现在，让我们来看看MINE的一个重要特性——高MIL负载能力。大家看这些MINE的实物，即使MIL含量增加，它们依然保持着良好的光学透明性。这是因为我们使用的高交联度聚合物能够有效地容纳大量的MIL。
从这个柱状图中可以清楚地看到，随着MIL含量的增加，MINE的离子电导率和磁化强度都显著提高。例如，MINE6（80wt%MIL）的离子电导率超过了，比MINE1（20wt%MIL）提高了约1300倍，磁化强度也达到了约2.6emu/g。而且，MINE4（60wt%MIL）在磁响应驱动实验中表现出色，它可以在磁场作用下点亮LED，这充分展示了其在磁控应用中的潜力。
四、MINE特性-弹性与自修复性增强
MINE的弹性和自修复性能也非常出色。看这个分子动态模拟动画，在拉伸过程中，MINE中的可逆键（PHB、MCB和离子-偶极相互作用）会像弹簧一样发生变化，当外力消失后，它们又能迅速恢复原状，这使得MINE具有超弹性。从循环拉伸曲线对比图中可以看出，MINE6在100%应变后能够实现99%的弹性恢复。
再看MINE的自修复能力。这是MINE1自修复过程的照片，随着时间推移，切割后的MINE1能够逐渐恢复其机械性能。而且，MINE4的自修复效率比许多其他材料都要高。这是因为MIL的加入促进了聚合物链的扩散，增加了分子间键重新形成的机会。这种自修复能力使得MINE在长期使用中能够保持良好的性能，就像拥有了自我愈合的能力一样。
五、MINE特性-电磁性能与应用优势
MINE还有一个独特的优势，那就是它能够解耦磁电性能。大家看这个图表，MINE4在磁场中作为应变传感器时，其电阻变化非常稳定，不受外界干扰。这使得它在应变传感应用中表现出色。
基于这些优异的性能，MINE在多个领域有着广泛的应用。在这个三维控制面板中，MINE被应用于触摸面板、应变传感器和磁离子开关等组件，实现了对游戏的精准控制。MINE制成的载体可以利用磁场和物理粘附力运输货物，并且其透明的顶部还能用于光检测，确保货物运输的准确性和可靠性。
六、研究结论与展望
总结一下，磁离子弹性体（MINE）是一种集高磁化强度、超弹性和自修复能力于一身的优秀材料。它通过独特的分子间相互作用实现了高MIL负载，具备优异的离子导电性、光学透明性和磁响应性，在应变传感器、磁控电子设备、触摸面板和软载体等领域有着广阔的应用前景。
展望未来，MINE还有更多的潜力等待我们挖掘。由于其高介电常数和MIL的特殊性质，如低温长程有序性和热致性等，它有望在可拉伸顺磁性离子门控、电化学传感器等创新应用中发挥重要作用。相信在不久的将来，MINE将为我们的生活带来更多的便利和惊喜。
七、一起来做做题吧
1、候鸟利用磁响应性导航的现象启发了科学家开发以下哪种材料用于新兴应用？
A. 传统金属基磁性材料
B. 磁性离子液体（MIL）
C. 磁离子弹性体（MINE）
D. 以上都是
2、以下关于磁性离子液体（MIL）的说法，正确的是？
A. 2010 年首次被发现
B. 与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）结合创造出了透明磁性离子凝胶
C. 其与聚合物链的弱相互作用导致高 MIL 加载会削弱聚合物网络
D. 以上都是
3、在制备磁离子弹性体（MINE）时，增加 IPDI 和甘油单体含量的作用是？
A. 降低聚合物的聚合速率
B. 缩短聚合物链长度
C. 调节聚合物的机械性能
D. 减少 MIL 的加载量
4、MINE 中能够有效限制FeCI4阴离子的是？
A. Emim 阳离子
B. 氨基甲酸酯基团
C. 潜在氢键（PHB）和金属配位键（MCB）
D. 离子 - 偶极相互作用
5、随着 MIL 含量增加，MINE 的以下哪种性能不会相应提高？
A. 离子电导率
B. 磁化强度
C. 拉伸强度
D. 弹性恢复能力
6、以下哪种 MINE 在室温下自主自修复 72 小时后恢复原始机械性能的比例最高？
A. MINE1（20wt% MIL）
B. MINE4（60wt% MIL）
C. MINE6（80wt% MIL）
D. 文中未提及
7、MINE 在磁场中作为应变传感器时，其优势在于？
A. 电阻变化稳定，不受外界干扰
B. 能产生较大的信号噪声，增强检测灵敏度
C. 磁电性能相互干扰，提高应变传感准确性
D. 以上都是
8、MINE 在以下哪个应用场景中未被提及？
A. 可拉伸顺磁性离子门控
B. 制造飞机机翼
C. 三维控制面板用于人机交互
D. 软磁离子载体系统运输货物
9、与其他自修复、透明离子弹性体相比，MINE 的独特之处在于？
A. 具有更高的弹性恢复比
B. 具备良好的导电性
C. 拥有无与伦比的磁响应性
D. 以上都是
10、未来 MINE 的应用潜力部分源于其具有以下哪种特性（除了已提及的性能外）？
A. 高介电常数
B. 低温长程有序性
C. 热致性
D. 超导性
参考文献：
Xuan Zhang et al. Self-healing and hyperelastic magneto-iono-elastomers through molecular confinement of magnetic anions. Sci. Adv.11 eadq7441(2025).
来源：知识泥土六二三
