斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)30000％?的自修復(fù)柔性電子材料！

發(fā)布日期：2022-04-06 瀏覽次數(shù)：969

柔性電子材料由于可以適應(yīng)人體的彎曲結(jié)構(gòu)，有望用于實(shí)現(xiàn)智能醫(yī)療監(jiān)控，甚至改變?nèi)藱C(jī)交互的方式。目前，柔性電子材料已用于很多智能系統(tǒng)，包括電子皮膚、軟機(jī)器人和可穿戴設(shè)備。然而，當(dāng)前制造出能夠滿足各種高級(jí)應(yīng)用中復(fù)雜要求的材料仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，包括導(dǎo)電性、粘附性、自我修復(fù)、柔性、可印刷和良好機(jī)械性能等等。

丹麥科技大學(xué)Alireza Dolatshahi-Pirouz教授等人提出了一種基于埃洛石納米管（HNT）和聚多巴胺（PDA）的簡(jiǎn)便兩步法，通過(guò)納米管排列和貽貝啟發(fā)化學(xué)所制備的柔性復(fù)合材料的電導(dǎo)率增加了3倍，機(jī)械強(qiáng)度增加了20倍，能量耗散增加了7倍。同時(shí)，該復(fù)合材料可伸長(zhǎng)至其原始長(zhǎng)度的30000％，在600％應(yīng)變后仍保持其導(dǎo)電性能，且在幾秒鐘內(nèi)可自我修復(fù)，并顯示出應(yīng)變敏感性。此外，該柔性電子材料是可3D打印的，因此在定制可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。該研究以題為“Soft Electronic Materials with Combinatorial Properties Generated via Mussel-Inspired Chemistry and Halloysite Nanotube Reinforcement”的論文發(fā)表在《ACS nano》上。

（1）作者報(bào)道了一種簡(jiǎn)單而通用的方法，制備一種新型柔性電子材料（CareGum）。作者將HNT涂上PDA，并與鐵離子一起嵌入聚乙烯醇基的聚合物中。它由帶負(fù)電的聚合物基質(zhì)組成，該基質(zhì)通過(guò)定向排列的納米管形成了可滲透離子傳導(dǎo)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因此具有離子導(dǎo)電性、高粘合性、可重構(gòu)性和粘彈性。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)的CareGum還能以100％的效率展現(xiàn)出機(jī)電自修復(fù)功能，并且可以延伸至其原始長(zhǎng)度的30000％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了目前的記錄。它的形狀重構(gòu)能力與自我修復(fù)性能容易讓人聯(lián)想到天然組織，因此可用于軟機(jī)器人的生產(chǎn)。

（3）作者將CareGum用于可穿戴的電子紡織品，來(lái)精確監(jiān)控低振幅和高振幅的人類(lèi)活動(dòng)，包括關(guān)節(jié)、肌肉和復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作。作者還嘗試通過(guò)在紡織品袖子上以“量身定制”的方式3D打印CareGum，以生產(chǎn)具有人體運(yùn)動(dòng)感應(yīng)能力的電子產(chǎn)品。CareGum不僅解決了材料科學(xué)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，還有望在生物醫(yī)學(xué)工程、聚合物科學(xué)、電子學(xué)和軟機(jī)器人領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。