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水下也能自修復的熱塑性彈性體助力柔性電子發展

2020-07-09 14:19:53

近年來,柔性電子器件飛速發展,它們被廣泛用于醫療診斷、監測和柔性機器人等領域。然而,這種器件的不足之處在于,由于其柔軟的性質,它們對機械損傷非常敏感。如果能夠將自我修復功能引入到現有的柔性器件中,使其能夠在受到外力破壞后自我恢復,將會大提高設備的壽命、可靠性和耐用性。

對于大多數柔性電子器件來講,我們非常希望它能夠防水或者在水下使用,因為器件在使用過程中,不可避免的會遇到各種濕度環境,例如人的汗水或者自然的雨水。除非材料對水不敏感,否則這些裝置在遇到水后會發生結構破壞,進而影響相關功能。因此,我們需要開發一種可以用于真實柔性電子器件場景下的水下自修復材料。

水下也能自修復的熱塑性彈性體助力柔性電子發展

在該領域的早期研究階段,所有已報道的水下自修復材料主要有兩種:

1)含有硼酸酯或硼氧辛鍵的硼酸衍生物;

2)天然形成的鄰苯二酚基團。然而,它們都有局限性。硼酸衍生物會發生嚴重的水解,在水中非常不穩定。鄰苯二酚基團對pH值非常敏感。Z近,有很多研究者報道了具有水下自修復功能的彈性體,但都存在自修復效率較低、力學性能較差等不足,不能真正用于水下柔性電子器件。

因此,當前該領域的需求可以概括為:

1)開發高強度、可高效水下修復的材料;

2)深入研究將此類材料用于復雜的水下電子系統中。

基于這些問題,以色列理工學院Hossam Haick教授課題組研發了一種新型水下自修復熱塑性彈性體。他們以端羥基聚丁二烯(HTPB)為原料,通過異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)和4-氨基苯基二硫化物(APDS)兩個主要反應合成了一種新的聚合物PBPUU,相關制備過程如圖1所示。其中,HTPB部分提供了低溫彈性和優異的耐水性,APDS組分提供了動態的二硫鍵和氫鍵?;诠矁r鍵(二硫鍵)和非共價鍵(氫鍵)的兩種綜合自愈機制的存在以及聚合物的高柔軟性使其成為一種非常有效的自修復材料。

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