自修復(fù)高分子材料用于柔性電子器件的研究進(jìn)展
發(fā)布時間：2021-12-09 00:47
將自修復(fù)功能引入到高分子中能夠增加高分子材料的使用壽命,自修復(fù)高分子材料的優(yōu)異性已使其成為該領(lǐng)域研究的一個熱點(diǎn)方向。隨著柔性電子器件的快速發(fā)展,為了減輕這些器件因彎曲、折疊以及劃傷等因素造成的機(jī)械損傷,正開發(fā)可自修復(fù)的柔性電子器件,從而增加器件的可靠性和使用壽命。本文簡要概述了自修復(fù)高分子材料,重點(diǎn)綜述了自修復(fù)材料在柔性電子器件（如觸變傳感器、柔性超級電容器和柔性鋰離子電池等）中的應(yīng)用及研究進(jìn)展。此外,本文還對其未來的發(fā)展進(jìn)行了展望。
【文章來源】：高分子通報(bào). 2020,(11)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
(a)自修復(fù)電極的制備過程示意圖;(b)LIB自修復(fù)過程示意圖[16]
在早期的觸變傳感器中,通常是使用碳材料(碳納米管、石墨烯)、金屬、導(dǎo)電聚合物作為導(dǎo)電材料,附著到彈性基底上,而這樣制成的器件只有很小的拉伸性能,限制了它們的應(yīng)用,而后逐漸將導(dǎo)電材料滲入到彈性體中,以達(dá)到高的拉伸性能,并且引入自修復(fù)功能,可增加其實(shí)用性和材料的耐久性[6]。Cai等[7]將硼砂中的四硼酸鹽離子(B(OH)-4)接到聚乙烯醇(PVA)的羥基(OH-)上,通過可逆氫鍵連接交聯(lián)成水凝膠網(wǎng)絡(luò),再與單壁碳納米管(SWCNT)混合,制成導(dǎo)電水凝膠(SWCNT/hydrogel),使用氫鍵的動態(tài)可逆可逆鍵,可實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)效果,制備方法如圖1所示。實(shí)驗(yàn)證明,其修復(fù)后應(yīng)變可達(dá)1000%,無需外加條件(如光、壓力、電、溫度等)就可在3.2s內(nèi)恢復(fù)98±0.8%的導(dǎo)電率,并且循環(huán)切割5次以后,性能沒有明顯降低,是觸變傳感器的理想材料。自修復(fù)水凝膠可以提供觸變傳感器高的拉伸性能,但是長時間使用后,由于水分揮發(fā),而導(dǎo)致器件性能降低,并且長時間附著在人體皮膚上會有脫落的可能。而Zhang等[8]在最近第一個提出使用離子凝膠復(fù)合材料制備觸變傳感器,自修復(fù)后可同時達(dá)到增加高拉伸性、導(dǎo)電性、附著力等效果,且恢復(fù)速度及快,可達(dá)0.5s。成功的關(guān)鍵在于將金屬配位鍵整合到離子凝膠松散的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中,為了使金屬鍵均勻分散,他們首先選取包覆有聚丙烯酸(PAA)的Fe3O4納米粒子(NPs),即Fe3O4@PAA NPs,再將其加入到丙烯酸單體和離子液體的混合物中,在60℃下采取一鍋法通過交聯(lián)劑、引發(fā)劑的作用形成離子凝膠Fe3O4@PAA/PAA,由Fe3+與COO-的可逆金屬配位鍵達(dá)到自修復(fù),制備過程如圖2所示。實(shí)驗(yàn)證明,改變NPs和PAA的含量可以達(dá)到最佳性能,修復(fù)效率可達(dá)95%以上,修復(fù)后的拉伸性能可達(dá)2000%,附著力達(dá)到347.3N·m-1,這一強(qiáng)附著力使得材料可以粘接到各種曲面上進(jìn)行運(yùn)動,更重要的是,它能在-20℃～60℃這個大的溫度范圍內(nèi)使用,并且修復(fù)效果極佳,這是很多自修復(fù)觸變傳感器所不能達(dá)到的。
自修復(fù)水凝膠可以提供觸變傳感器高的拉伸性能,但是長時間使用后,由于水分揮發(fā),而導(dǎo)致器件性能降低,并且長時間附著在人體皮膚上會有脫落的可能。而Zhang等[8]在最近第一個提出使用離子凝膠復(fù)合材料制備觸變傳感器,自修復(fù)后可同時達(dá)到增加高拉伸性、導(dǎo)電性、附著力等效果,且恢復(fù)速度及快,可達(dá)0.5s。成功的關(guān)鍵在于將金屬配位鍵整合到離子凝膠松散的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中,為了使金屬鍵均勻分散,他們首先選取包覆有聚丙烯酸(PAA)的Fe3O4納米粒子(NPs),即Fe3O4@PAA NPs,再將其加入到丙烯酸單體和離子液體的混合物中,在60℃下采取一鍋法通過交聯(lián)劑、引發(fā)劑的作用形成離子凝膠Fe3O4@PAA/PAA,由Fe3+與COO-的可逆金屬配位鍵達(dá)到自修復(fù),制備過程如圖2所示。實(shí)驗(yàn)證明,改變NPs和PAA的含量可以達(dá)到最佳性能,修復(fù)效率可達(dá)95%以上,修復(fù)后的拉伸性能可達(dá)2000%,附著力達(dá)到347.3N·m-1,這一強(qiáng)附著力使得材料可以粘接到各種曲面上進(jìn)行運(yùn)動,更重要的是,它能在-20℃～60℃這個大的溫度范圍內(nèi)使用,并且修復(fù)效果極佳,這是很多自修復(fù)觸變傳感器所不能達(dá)到的。成功制得的自修復(fù)式觸變傳感器,因其修復(fù)后體現(xiàn)出高靈敏性、穩(wěn)定性以及可重復(fù)性,為其實(shí)際應(yīng)用做了很好的鋪墊,而這種具有優(yōu)異自修復(fù)能力的傳感器可以應(yīng)用到可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]可穿戴式柔性電子應(yīng)變傳感器[J]. 蔡依晨,黃維,董曉臣. 科學(xué)通報(bào). 2017(07)
[2]柔性電池的最新研究進(jìn)展[J]. 史菁菁,郭星,陳人杰,吳鋒. 化學(xué)進(jìn)展. 2016(04)
本文編號：3529575
【文章來源】：高分子通報(bào). 2020,(11)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
(a)自修復(fù)電極的制備過程示意圖;(b)LIB自修復(fù)過程示意圖[16]
在早期的觸變傳感器中,通常是使用碳材料(碳納米管、石墨烯)、金屬、導(dǎo)電聚合物作為導(dǎo)電材料,附著到彈性基底上,而這樣制成的器件只有很小的拉伸性能,限制了它們的應(yīng)用,而后逐漸將導(dǎo)電材料滲入到彈性體中,以達(dá)到高的拉伸性能,并且引入自修復(fù)功能,可增加其實(shí)用性和材料的耐久性[6]。Cai等[7]將硼砂中的四硼酸鹽離子(B(OH)-4)接到聚乙烯醇(PVA)的羥基(OH-)上,通過可逆氫鍵連接交聯(lián)成水凝膠網(wǎng)絡(luò),再與單壁碳納米管(SWCNT)混合,制成導(dǎo)電水凝膠(SWCNT/hydrogel),使用氫鍵的動態(tài)可逆可逆鍵,可實(shí)現(xiàn)材料的自修復(fù)效果,制備方法如圖1所示。實(shí)驗(yàn)證明,其修復(fù)后應(yīng)變可達(dá)1000%,無需外加條件(如光、壓力、電、溫度等)就可在3.2s內(nèi)恢復(fù)98±0.8%的導(dǎo)電率,并且循環(huán)切割5次以后,性能沒有明顯降低,是觸變傳感器的理想材料。自修復(fù)水凝膠可以提供觸變傳感器高的拉伸性能,但是長時間使用后,由于水分揮發(fā),而導(dǎo)致器件性能降低,并且長時間附著在人體皮膚上會有脫落的可能。而Zhang等[8]在最近第一個提出使用離子凝膠復(fù)合材料制備觸變傳感器,自修復(fù)后可同時達(dá)到增加高拉伸性、導(dǎo)電性、附著力等效果,且恢復(fù)速度及快,可達(dá)0.5s。成功的關(guān)鍵在于將金屬配位鍵整合到離子凝膠松散的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中,為了使金屬鍵均勻分散,他們首先選取包覆有聚丙烯酸(PAA)的Fe3O4納米粒子(NPs),即Fe3O4@PAA NPs,再將其加入到丙烯酸單體和離子液體的混合物中,在60℃下采取一鍋法通過交聯(lián)劑、引發(fā)劑的作用形成離子凝膠Fe3O4@PAA/PAA,由Fe3+與COO-的可逆金屬配位鍵達(dá)到自修復(fù),制備過程如圖2所示。實(shí)驗(yàn)證明,改變NPs和PAA的含量可以達(dá)到最佳性能,修復(fù)效率可達(dá)95%以上,修復(fù)后的拉伸性能可達(dá)2000%,附著力達(dá)到347.3N·m-1,這一強(qiáng)附著力使得材料可以粘接到各種曲面上進(jìn)行運(yùn)動,更重要的是,它能在-20℃～60℃這個大的溫度范圍內(nèi)使用,并且修復(fù)效果極佳,這是很多自修復(fù)觸變傳感器所不能達(dá)到的。
自修復(fù)水凝膠可以提供觸變傳感器高的拉伸性能,但是長時間使用后,由于水分揮發(fā),而導(dǎo)致器件性能降低,并且長時間附著在人體皮膚上會有脫落的可能。而Zhang等[8]在最近第一個提出使用離子凝膠復(fù)合材料制備觸變傳感器,自修復(fù)后可同時達(dá)到增加高拉伸性、導(dǎo)電性、附著力等效果,且恢復(fù)速度及快,可達(dá)0.5s。成功的關(guān)鍵在于將金屬配位鍵整合到離子凝膠松散的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中,為了使金屬鍵均勻分散,他們首先選取包覆有聚丙烯酸(PAA)的Fe3O4納米粒子(NPs),即Fe3O4@PAA NPs,再將其加入到丙烯酸單體和離子液體的混合物中,在60℃下采取一鍋法通過交聯(lián)劑、引發(fā)劑的作用形成離子凝膠Fe3O4@PAA/PAA,由Fe3+與COO-的可逆金屬配位鍵達(dá)到自修復(fù),制備過程如圖2所示。實(shí)驗(yàn)證明,改變NPs和PAA的含量可以達(dá)到最佳性能,修復(fù)效率可達(dá)95%以上,修復(fù)后的拉伸性能可達(dá)2000%,附著力達(dá)到347.3N·m-1,這一強(qiáng)附著力使得材料可以粘接到各種曲面上進(jìn)行運(yùn)動,更重要的是,它能在-20℃～60℃這個大的溫度范圍內(nèi)使用,并且修復(fù)效果極佳,這是很多自修復(fù)觸變傳感器所不能達(dá)到的。成功制得的自修復(fù)式觸變傳感器,因其修復(fù)后體現(xiàn)出高靈敏性、穩(wěn)定性以及可重復(fù)性,為其實(shí)際應(yīng)用做了很好的鋪墊,而這種具有優(yōu)異自修復(fù)能力的傳感器可以應(yīng)用到可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]可穿戴式柔性電子應(yīng)變傳感器[J]. 蔡依晨,黃維,董曉臣. 科學(xué)通報(bào). 2017(07)
[2]柔性電池的最新研究進(jìn)展[J]. 史菁菁,郭星,陳人杰,吳鋒. 化學(xué)進(jìn)展. 2016(04)
本文編號：3529575
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