自修复高分子材料用于柔性电子器件的研究进展
发布时间：2021-12-09 00:47
将自修复功能引入到高分子中能够增加高分子材料的使用寿命,自修复高分子材料的优异性已使其成为该领域研究的一个热点方向。随着柔性电子器件的快速发展,为了减轻这些器件因弯曲、折叠以及划伤等因素造成的机械损伤,正开发可自修复的柔性电子器件,从而增加器件的可靠性和使用寿命。本文简要概述了自修复高分子材料,重点综述了自修复材料在柔性电子器件（如触变传感器、柔性超级电容器和柔性锂离子电池等）中的应用及研究进展。此外,本文还对其未来的发展进行了展望。
【文章来源】：高分子通报. 2020,(11)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
(a)自修复电极的制备过程示意图;(b)LIB自修复过程示意图[16]
在早期的触变传感器中,通常是使用碳材料(碳纳米管、石墨烯)、金属、导电聚合物作为导电材料,附着到弹性基底上,而这样制成的器件只有很小的拉伸性能,限制了它们的应用,而后逐渐将导电材料渗入到弹性体中,以达到高的拉伸性能,并且引入自修复功能,可增加其实用性和材料的耐久性[6]。Cai等[7]将硼砂中的四硼酸盐离子(B(OH)-4)接到聚乙烯醇(PVA)的羟基(OH-)上,通过可逆氢键连接交联成水凝胶网络,再与单壁碳纳米管(SWCNT)混合,制成导电水凝胶(SWCNT/hydrogel),使用氢键的动态可逆可逆键,可实现材料的自修复效果,制备方法如图1所示。实验证明,其修复后应变可达1000%,无需外加条件(如光、压力、电、温度等)就可在3.2s内恢复98±0.8%的导电率,并且循环切割5次以后,性能没有明显降低,是触变传感器的理想材料。自修复水凝胶可以提供触变传感器高的拉伸性能,但是长时间使用后,由于水分挥发,而导致器件性能降低,并且长时间附着在人体皮肤上会有脱落的可能。而Zhang等[8]在最近第一个提出使用离子凝胶复合材料制备触变传感器,自修复后可同时达到增加高拉伸性、导电性、附着力等效果,且恢复速度及快,可达0.5s。成功的关键在于将金属配位键整合到离子凝胶松散的交联网络中,为了使金属键均匀分散,他们首先选取包覆有聚丙烯酸(PAA)的Fe3O4纳米粒子(NPs),即Fe3O4@PAA NPs,再将其加入到丙烯酸单体和离子液体的混合物中,在60℃下采取一锅法通过交联剂、引发剂的作用形成离子凝胶Fe3O4@PAA/PAA,由Fe3+与COO-的可逆金属配位键达到自修复,制备过程如图2所示。实验证明,改变NPs和PAA的含量可以达到最佳性能,修复效率可达95%以上,修复后的拉伸性能可达2000%,附着力达到347.3N·m-1,这一强附着力使得材料可以粘接到各种曲面上进行运动,更重要的是,它能在-20℃～60℃这个大的温度范围内使用,并且修复效果极佳,这是很多自修复触变传感器所不能达到的。
自修复水凝胶可以提供触变传感器高的拉伸性能,但是长时间使用后,由于水分挥发,而导致器件性能降低,并且长时间附着在人体皮肤上会有脱落的可能。而Zhang等[8]在最近第一个提出使用离子凝胶复合材料制备触变传感器,自修复后可同时达到增加高拉伸性、导电性、附着力等效果,且恢复速度及快,可达0.5s。成功的关键在于将金属配位键整合到离子凝胶松散的交联网络中,为了使金属键均匀分散,他们首先选取包覆有聚丙烯酸(PAA)的Fe3O4纳米粒子(NPs),即Fe3O4@PAA NPs,再将其加入到丙烯酸单体和离子液体的混合物中,在60℃下采取一锅法通过交联剂、引发剂的作用形成离子凝胶Fe3O4@PAA/PAA,由Fe3+与COO-的可逆金属配位键达到自修复,制备过程如图2所示。实验证明,改变NPs和PAA的含量可以达到最佳性能,修复效率可达95%以上,修复后的拉伸性能可达2000%,附着力达到347.3N·m-1,这一强附着力使得材料可以粘接到各种曲面上进行运动,更重要的是,它能在-20℃～60℃这个大的温度范围内使用,并且修复效果极佳,这是很多自修复触变传感器所不能达到的。成功制得的自修复式触变传感器,因其修复后体现出高灵敏性、稳定性以及可重复性,为其实际应用做了很好的铺垫,而这种具有优异自修复能力的传感器可以应用到可穿戴设备等领域。
【参考文献】：
期刊论文
[1]可穿戴式柔性电子应变传感器[J]. 蔡依晨,黄维,董晓臣. 科学通报. 2017(07)
[2]柔性电池的最新研究进展[J]. 史菁菁,郭星,陈人杰,吴锋. 化学进展. 2016(04)
本文编号：3529575
【文章来源】：高分子通报. 2020,(11)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
(a)自修复电极的制备过程示意图;(b)LIB自修复过程示意图[16]
在早期的触变传感器中,通常是使用碳材料(碳纳米管、石墨烯)、金属、导电聚合物作为导电材料,附着到弹性基底上,而这样制成的器件只有很小的拉伸性能,限制了它们的应用,而后逐渐将导电材料渗入到弹性体中,以达到高的拉伸性能,并且引入自修复功能,可增加其实用性和材料的耐久性[6]。Cai等[7]将硼砂中的四硼酸盐离子(B(OH)-4)接到聚乙烯醇(PVA)的羟基(OH-)上,通过可逆氢键连接交联成水凝胶网络,再与单壁碳纳米管(SWCNT)混合,制成导电水凝胶(SWCNT/hydrogel),使用氢键的动态可逆可逆键,可实现材料的自修复效果,制备方法如图1所示。实验证明,其修复后应变可达1000%,无需外加条件(如光、压力、电、温度等)就可在3.2s内恢复98±0.8%的导电率,并且循环切割5次以后,性能没有明显降低,是触变传感器的理想材料。自修复水凝胶可以提供触变传感器高的拉伸性能,但是长时间使用后,由于水分挥发,而导致器件性能降低,并且长时间附着在人体皮肤上会有脱落的可能。而Zhang等[8]在最近第一个提出使用离子凝胶复合材料制备触变传感器,自修复后可同时达到增加高拉伸性、导电性、附着力等效果,且恢复速度及快,可达0.5s。成功的关键在于将金属配位键整合到离子凝胶松散的交联网络中,为了使金属键均匀分散,他们首先选取包覆有聚丙烯酸(PAA)的Fe3O4纳米粒子(NPs),即Fe3O4@PAA NPs,再将其加入到丙烯酸单体和离子液体的混合物中,在60℃下采取一锅法通过交联剂、引发剂的作用形成离子凝胶Fe3O4@PAA/PAA,由Fe3+与COO-的可逆金属配位键达到自修复,制备过程如图2所示。实验证明,改变NPs和PAA的含量可以达到最佳性能,修复效率可达95%以上,修复后的拉伸性能可达2000%,附着力达到347.3N·m-1,这一强附着力使得材料可以粘接到各种曲面上进行运动,更重要的是,它能在-20℃～60℃这个大的温度范围内使用,并且修复效果极佳,这是很多自修复触变传感器所不能达到的。
自修复水凝胶可以提供触变传感器高的拉伸性能,但是长时间使用后,由于水分挥发,而导致器件性能降低,并且长时间附着在人体皮肤上会有脱落的可能。而Zhang等[8]在最近第一个提出使用离子凝胶复合材料制备触变传感器,自修复后可同时达到增加高拉伸性、导电性、附着力等效果,且恢复速度及快,可达0.5s。成功的关键在于将金属配位键整合到离子凝胶松散的交联网络中,为了使金属键均匀分散,他们首先选取包覆有聚丙烯酸(PAA)的Fe3O4纳米粒子(NPs),即Fe3O4@PAA NPs,再将其加入到丙烯酸单体和离子液体的混合物中,在60℃下采取一锅法通过交联剂、引发剂的作用形成离子凝胶Fe3O4@PAA/PAA,由Fe3+与COO-的可逆金属配位键达到自修复,制备过程如图2所示。实验证明,改变NPs和PAA的含量可以达到最佳性能,修复效率可达95%以上,修复后的拉伸性能可达2000%,附着力达到347.3N·m-1,这一强附着力使得材料可以粘接到各种曲面上进行运动,更重要的是,它能在-20℃～60℃这个大的温度范围内使用,并且修复效果极佳,这是很多自修复触变传感器所不能达到的。成功制得的自修复式触变传感器,因其修复后体现出高灵敏性、稳定性以及可重复性,为其实际应用做了很好的铺垫,而这种具有优异自修复能力的传感器可以应用到可穿戴设备等领域。
【参考文献】：
期刊论文
[1]可穿戴式柔性电子应变传感器[J]. 蔡依晨,黄维,董晓臣. 科学通报. 2017(07)
[2]柔性电池的最新研究进展[J]. 史菁菁,郭星,陈人杰,吴锋. 化学进展. 2016(04)
本文编号：3529575
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