面塑，又称“捏面人”，是一种国家级非物质文化遗产。从性状来看，很容易将面塑与面团联系在一起，但为何面塑的性状与面团类似，但又与其不尽相同呢？
普通的面团放置一段时间后，会呈现干燥、变硬的状态，而面塑的主要原料包括面粉、糯米粉、水以及甘油等，具有一定韧性，经过手工匠人揉捏或工具加工后，变成各种栩栩如生的造型。
图丨陈威（来源：陈威）
受此启发，曲阜师范大学与齐鲁工业大学团队合作，通过对面塑的探索与研究，提出并设计了一种新型材料“离子面团（Ionic Dough）”，以面粉、水和氯化胆碱/甘油低共熔溶剂为原料制作而成。
由于离子面团在做得足够薄的情况下，能够具备一定透光性。并且，基于其导电性良好、可自修复的特点，有望作为电致发光器件。
另一方面，离子面团作为柔性应变传感材料，能够对人体运动产生的大小应变进行信号监测，包括走路、跑步、手指、手腕、说话、吞咽等。
并且，离子面团作为新型面塑具备传统面塑所不具备的抗菌性，因而材料保存时间较长，也可作为新材料在文化创意领域进行非物质文化遗产的展示。
图丨相关论文（来源：Chemistry of Materials）
近日，相关论文以《用低共熔溶剂制备离子面团：从传统面塑到柔性电子产品》（Engineering Ionic Dough with a Deep Eutectic Solvent: From a Traditional Dough Figurine to Flexible Electronics）为题发表在 Chemistry of Materials 上[1]。
曲阜师范大学李楠副教授为论文第一作者，陈威副教授为论文通讯作者，主要作者还包括曲阜师范大学硕士研究生邱丽媛、齐鲁工业大学（山东省科学院）生物基材料与绿色造纸国家重点实验室吉兴香教授。
图丨离子面团的设计及制备流程（来源：Chemistry of Materials）
在对传统面塑观察和初步讨论后，研究人员提出，既然这种材料可塑性强，又能在一定时间内维持其形状并保持其他特性，是不是可以考虑向柔性电子产品方向发展呢？
于是，他们从增加面塑的导电性和抗菌性入手，拓展了该材料的应用，更好地延长了该材料的保存期。
和其他材料相比，离子面团有一些特殊的力学性能。李楠指出，该材料最显著的优势是不需要使用任何额外的添加剂就能成胶。很多其他的生物质都无法像离子面团一样，经过简单的揉制就能够形成某种形状，因此也就很难在不增加额外交联剂的前提下，实现形态的可塑性。
另一方面，离子面团具有一定抗菌性、自修复性和可降解性。“除了绿色环保以外，具有抗菌性的离子面团还避免了其他材料在使用或存储过程中，出现发霉或被细菌污染、被腐蚀等情况。”陈威表示。
图丨离子面团的抗冻性与保水性（来源：Chemistry of Materials）
对于离子面团的保水性方面，研究团队将离子面团和普通面团进行对比。在正常的温度和湿度条件下，放置了 20 至 30 天。结果显示，普通面团已经裂成碎块，而离子面团依然保持原始重量的 85% 左右。
图丨离子面团的导电性（来源：Chemistry of Materials）
研究团队在离子面团的导电性能方面进行了验证，并对含水量对离子面团电导率的影响进行测试和分析。具体来说，如果其中的含水量水从 0 增到 50wt%，该材料的电阻变化是从 355Ω 降低为 45Ω，而电导率则从最初的 0.54mS·cm−1 提升至 3.7mS·cm−1。
并且，该团队还进一步探索了温度对导电率相关性的影响。当温度从 −40℃ 升温至 100℃ 时，离子面团的电导率从 2.8mS·cm−1 变化为 4.4mS·cm−1。这些数据表明了离子面团作为柔性电子器件应用的可行性。
图丨陈威副教授与其课题组部分成员合影（来源：陈威）
在该研究中，该团队主要针对宏观结构的改变进行了探索，包括各种塑性等。下一步，该团队希望通过重塑微观结构，在离子导电基础上添加一些新型导电材料的方式，实现更高精准度的传感。
目前，该团队主要通过手工揉捏的方式制备离子面团。“我们希望后续结合 3D 打印技术提升制备效率，满足多样性的造型要求，在打印的同时也可赋予面团一些特殊的微细结构，提升传感的精准度。”李楠表示。
图丨基于离子面团的应变传感器（来源：Chemistry of Materials）
该团队接下来计划在离子面团的可塑性、灵敏度、稳定性方面继续提升，并探索该材料结合电子皮肤的可能性。
陈威指出，由于绿色天然和可再生的优势，离子面团有望替代一些石油基聚合物，在可持续和可降解的柔性传感材料领域具有广阔的应用前景。
参考资料：
1.Li,N.,et al.Engineering Ionic Dough with a Deep Eutectic Solvent: From a Traditional Dough Figurine to Flexible Electronics. Chemistry of Materials(2023).https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.3c01761