低熔点、低粘度的两性离子液体：开启软电子学和生物电子学新纪元

《Matter》：Rational design and synthesis of zwitterionic liquid dielectrics

为解决两性离子（ZIs）高熔点和高粘度问题，研究人员通过增加熔化熵合成低熔点、低粘度的两性离子液体（ZILs），实现了高达400的介电常数，为软电子学和生物电子学发展带来新机遇。

　　下一代软电子学、机器人技术和生物电子学的发展需要兼具高介电常数和机械柔软性的材料。两性离子液体（Zwitterionic Liquids, ZILs）因其具有巨大的偶极矩且能够在电场中自由偏置，被认为是潜在的解决方案。然而，大多数两性离子（Zwitterions, ZIs）要么熔点高于150°C，要么黏度过高，限制了其应用。在本研究中，研究人员提出了一种策略，通过增加熔化熵来抑制咪唑衍生两性离子的熔点，从而获得两性离子液体。这些液体的黏度比现有基准低至500倍，且在室温下介电常数高达甚至超过400，这是迄今为止有机分子中报道的最高值。其下游应用包括柔软、高增益的场效应晶体管、生物电子传感器以及下一代电池的高导电性液态或凝胶态电解质。研究人员合成了18种咪唑衍生的两性离子，系统地改变了其组成，包括（1）咪唑尾部（R_t）、（2）咪唑2位（R₂）、（3）电荷间隔（R_s）和（4）阴离子（R_a）。研究发现，长且灵活的电荷间隔能够产生稳定的两性离子液体，这归因于其熔化熵的显著增加。值得注意的是，具有长（6–16个原子长度）电荷间隔、灵活尾部和三氟甲磺酰亚胺阴离子的稳定两性离子液体，在室温下的黏度比具有4个原子间隔和磺酸根阴离子的基准超冷两性离子低100至500倍。此外，这些新发现的两性离子液体展现出高介电常数，从ε_r,s=290（6个原子间隔）到ε_r,s=404（16个原子间隔），凸显了这一类极化软物质的巨大潜力。