麵塑，又稱「捏麵人」，是一種國家級非物質文化遺產。從性狀來看，很容易將麵塑與麵糰聯繫在一起，但為何麵塑的性狀與麵糰類似，但又與其不盡相同呢？
普通的麵糰放置一段時間後，會呈現乾燥、變硬的狀態，而麵塑的主要原料包括麵粉、糯米粉、水以及甘油等，具有一定韌性，經過手工匠人揉捏或工具加工後，變成各種栩栩如生的造型。
圖丨陳威（來源：陳威）
受此啟發，曲阜師範大學與齊魯工業大學團隊合作，通過對麵塑的探索與研究，提出並設計了一種新型材料「離子麵糰（Ionic Dough）」，以麵粉、水和氯化膽鹼/甘油低共熔溶劑為原料製作而成。
由於離子麵糰在做得足夠薄的情況下，能夠具備一定透光性。並且，基於其導電性良好、可自修復的特點，有望作為電致發光器件。
另一方面，離子麵糰作為柔性應變傳感材料，能夠對人體運動產生的大小應變進行信號監測，包括走路、跑步、手指、手腕、說話、吞咽等。
並且，離子麵糰作為新型麵塑具備傳統麵塑所不具備的抗菌性，因而材料保存時間較長，也可作為新材料在文化創意領域進行非物質文化遺產的展示。
圖丨相關論文（來源：Chemistry of Materials）
近日，相關論文以《用低共熔溶劑製備離子麵糰：從傳統麵塑到柔性電子產品》（Engineering Ionic Dough with a Deep Eutectic Solvent: From a Traditional Dough Figurine to Flexible Electronics）為題發表在 Chemistry of Materials 上[1]。
曲阜師範大學李楠副教授為論文第一作者，陳威副教授為論文通訊作者，主要作者還包括曲阜師範大學碩士研究生邱麗媛、齊魯工業大學（山東省科學院）生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室吉興香教授。
圖丨離子麵糰的設計及製備流程（來源：Chemistry of Materials）
在對傳統麵塑觀察和初步討論後，研究人員提出，既然這種材料可塑性強，又能在一定時間內維持其形狀並保持其他特性，是不是可以考慮向柔性電子產品方向發展呢？
於是，他們從增加麵塑的導電性和抗菌性入手，拓展了該材料的應用，更好地延長了該材料的保存期。
和其他材料相比，離子麵糰有一些特殊的力學性能。李楠指出，該材料最顯著的優勢是不需要使用任何額外的添加劑就能成膠。很多其他的生物質都無法像離子麵糰一樣，經過簡單的揉制就能夠形成某種形狀，因此也就很難在不增加額外交聯劑的前提下，實現形態的可塑性。
另一方面，離子麵糰具有一定抗菌性、自修復性和可降解性。「除了綠色環保以外，具有抗菌性的離子麵糰還避免了其他材料在使用或存儲過程中，出現發霉或被細菌污染、被腐蝕等情況。」陳威表示。
圖丨離子麵糰的抗凍性與保水性（來源：Chemistry of Materials）
對於離子麵糰的保水性方面，研究團隊將離子麵糰和普通麵糰進行對比。在正常的溫度和濕度條件下，放置了 20 至 30 天。結果顯示，普通麵糰已經裂成碎塊，而離子麵糰依然保持原始重量的 85% 左右。
圖丨離子麵糰的導電性（來源：Chemistry of Materials）
研究團隊在離子麵糰的導電性能方面進行了驗證，並對含水量對離子麵糰電導率的影響進行測試和分析。具體來說，如果其中的含水量水從 0 增到 50wt%，該材料的電阻變化是從 355Ω 降低為 45Ω，而電導率則從最初的 0.54mS·cm−1 提升至 3.7mS·cm−1。
並且，該團隊還進一步探索了溫度對導電率相關性的影響。當溫度從 −40℃ 升溫至 100℃ 時，離子麵糰的電導率從 2.8mS·cm−1 變化為 4.4mS·cm−1。這些數據表明了離子麵糰作為柔性電子器件應用的可行性。
圖丨陳威副教授與其課題組部分成員合影（來源：陳威）
在該研究中，該團隊主要針對宏觀結構的改變進行了探索，包括各種塑性等。下一步，該團隊希望通過重塑微觀結構，在離子導電基礎上添加一些新型導電材料的方式，實現更高精準度的傳感。
目前，該團隊主要通過手工揉捏的方式製備離子麵糰。「我們希望後續結合 3D 列印技術提升製備效率，滿足多樣性的造型要求，在列印的同時也可賦予麵糰一些特殊的微細結構，提升傳感的精準度。」李楠表示。
圖丨基於離子麵糰的應變傳感器（來源：Chemistry of Materials）
該團隊接下來計劃在離子麵糰的可塑性、靈敏度、穩定性方面繼續提升，並探索該材料結合電子皮膚的可能性。
陳威指出，由於綠色天然和可再生的優勢，離子麵糰有望替代一些石油基聚合物，在可持續和可降解的柔性傳感材料領域具有廣闊的應用前景。
參考資料：
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