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。
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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。
