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四川大學傅強/鄧華教授團隊《Adv. Funct. Mater.》:核殼硅橡膠@銀微球密堆積助力高性能可拉伸導體
2023-09-20  來源:高分子科技

  近期,四川大學高分子科學與工程學院傅強/鄧華教授團隊制備了一系列具有不同粒徑和殼層厚度的彈性硅橡膠@銀(PDMS@Ag)核殼微球,借助溶劑揮發(fā)誘導的微球之間毛細管作用,使具有窄尺寸分布的PDMS@Ag微球致密規(guī)則堆砌,并通過后澆筑高可拉伸Ecoflex 0050基體并固化、實現(xiàn)了在低銀含量下的高性能可拉伸導體(圖1)。作者考察了核殼微球的尺寸、銀層厚度對可拉伸導體電性能以及機械性能的影響,定量研究了在拉伸下電性能保持能力和多次循環(huán)應變下的電導率穩(wěn)定性(圖2)。這些具有規(guī)整球狀的彈性導電基元可以在毛細管力的作用下致密堆砌在一起,形成類似于六方密堆積的結構,實現(xiàn)了超高的微球填充含量(97.6 vol%)(圖3)。但是,由于導電組分只是負載于微球表面,其總體的銀填充含量依然保持較低水平(19.5 wt%),從而保證了極佳的力學性能。其中,最優(yōu)的復合材料表現(xiàn)出金屬級電導率(67185 S/cm),在400%應變下電導率保持在820 S/cm,斷裂伸長率可達602%。此外,提出的可拉伸導體還具有表面疏水、自清潔、抗腐蝕等性能,在可拉伸電連接、電磁屏蔽等領域展現(xiàn)出潛在的應用價值。這項研究工作打破了傳統(tǒng)可拉伸導體實現(xiàn)高導電需要導電粒子高質量的填充問題(>80 wt%),通過定構規(guī)整堆砌、三維連續(xù)、致密且選擇性分布的銀殼導電網(wǎng)絡,實現(xiàn)了電導率、填料含量和機械性能之間的有效平衡。該工作以Evaporation-Induced Closely-Packing of Core–Shell PDMS@Ag Microspheres Enabled Stretchable Conductor with Ultra-High Conductance”為題發(fā)表在《Adv. Funct. Mater》上Adv. Funct. Mater. 2023, 2308799)。文章第一作者是四川大學博士生田可。該研究得到國家自然科學基金委和高分子材料工程國家重點實驗室的資金支持。


圖1結構表征:PDMS@Ag微球和可拉伸導體的形貌


圖2. 性能表征:可拉伸導體的電性能、機械性能、電-機械性能和循環(huán)穩(wěn)定性


 圖3導電網(wǎng)絡堆砌結構和電性能模擬


  該工作是團隊近期關于功能高分子復合材料結構設計和功能網(wǎng)絡調控相關研究的最新進展之一。針對傳統(tǒng)方法制備的復合材料中功能填料之間難以實現(xiàn)有效搭接,填料被聚合物包裹而難以充分體現(xiàn)本征性能的問題,團隊提出和發(fā)展了一種普適、通用的功能高分子復合材料加工新方法-溶液剪切沉淀法。該方法已被證實在多個功能材料領域具有廣闊的應用前景,包括濕氣誘導發(fā)電(Energy Environ. Sci., 2023, 16, 3600; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2210027;Nano Energy 2022, 98, 107241; Chem. Eng. J 2022, 438, 135659),輻射制冷(Nat. Commun., 2023),可拉伸導體 (Adv. Funct. Mater. 2023, 2308799),海水淡化(Mater. Horizons., 2023J. Mater. Chem. A, 2023, 11, 7711) 和柔性熱電/電熱裝置(Composites Part B 2023, 252,110512; ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 10947)等。通過對功能材料進行結構設計和填料網(wǎng)絡調控,團隊致力于解決當今社會面臨的重大問題,助力實現(xiàn)“碳中和”以及可持續(xù)能源發(fā)展。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202308799 

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