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《AFM》江南大学刘禹:高性能和应变不变的可拉伸液晶电子设备

   2021-12-01 高分子材料科学3980
核心提示:最近,江南大学科研团队开发了一种一步式双材料3D 打印技术,以将液态金属 (LM) 合理地组装到弹性体晶格中。3D 互连且可变形的液体导电网络由高度有序且坚固的聚二甲基硅氧烷晶格骨架支撑,从而产生高导电性 (1.98 × 106 S m-1)、可拉伸性 (180%) 和电磁干扰 (EMI) 屏蔽的复合材料有效性(72 分贝)。

由于可拉伸电子学和软机器人领域的迫切需求,高度可拉伸和导电的复合材料获得了巨大的研究兴趣。然而,在复杂的外部变形下保持复合材料的原始性能具有挑战性。最近,江南大学科研团队开发了一种一步式双材料3D 打印技术,以将液态金属 (LM) 合理地组装到弹性体晶格中。3D 互连且可变形的液体导电网络由高度有序且坚固的聚二甲基硅氧烷晶格骨架支撑,从而产生高导电性 (1.98 × 106 S m-1)、可拉伸性 (180%) 和电磁干扰 (EMI) 屏蔽的复合材料有效性(72 分贝)。

与那些具有分散填料的复合材料不同,LM/弹性体晶格复合材料的机电耦合可以忽略不计,在100% 的大拉伸应变下仅显示 -2% 的负电阻变化。该复合材料还在 0-100% 的应变范围内表现出应变不变的 EMI 屏蔽性能,并在 1000 次严格的拉伸和释放循环中表现出卓越的稳定性。展示了复合材料在柔性显示电路、微波屏蔽层和无线电能传输系统中的 EMI 屏蔽中的应用。目前的研究结果提出了一种制造具有精确控制和前所未有的多功能性的 LM 基复合材料的有效策略。

图1a) LM/PDMS 晶格复合材料的制备示意图,b,c) PDMS 晶格和 d,e) LM/PDMS 晶格复合材料的俯视图和侧视 SEM 图像;LM/PDMS 晶格复合材料 f) 具有各种形状和 g) 的照片,显示其优异的拉伸性。

图3LED 电路中 LM/PDMS 晶格复合材料的照片 a) 无变形,b) 超过 100% 的拉伸应变,c) 弯曲和 d) 扭曲,e,f) LM/PDMS 晶格复合材料在 柔性 LED 显示电路,g) LM/PDMS 晶格复合材料在不同拉伸应变下的原位光学图像,h) 显示 LM/PDMS 晶格的超稳定电气和 EMI 屏蔽特性机制的示意图 复合材料。

图4LM/PDMS 晶格复合材料的 EMI SE 图,具有 a) 不同的 LM 含量和 b) 厚度(15 wt% LM),c) 不同应变下 LM/PDMS 晶格复合材料的平均 SER、SEA、SET,d) 比较LM/PDMS 晶格复合材料和其他可拉伸 EMI 屏蔽材料之间归一化 EMI SE 与拉伸应变的函数关系,e)LM/PDMS 晶格复合材料(15wt%)的 EMI SE,经过 1000 次严格的拉伸和 100% 应变释放循环后,f)的数码照片两个含有等量去离子水的支架,带有和不带有 LM/PDMS 晶格屏蔽层,g) 温度变化,以及 h) 微波加热 20 秒后未屏蔽和屏蔽去离子水的相应红外热像图,i) EMI 屏蔽的设置d演示,j) 数码照片显示了无线充电器和智能手机之间的 LM/PDMS 晶格复合材料的能量 SE。

相关论文以题为Rational Assembly of Liquid metal/Elastomer Lattice Conductors for High-Performance and Strain-Invariant Stretchable Electronics发表在《Advanced Functional Materials》上。通讯作者是江南大学刘禹教授。

参考文献:

doi.org/10.1002/adfm.202108336

 
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