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  導(dǎo)電油墨主要由導(dǎo)電粒子（如金屬或碳基顆粒）和溶劑介質(zhì)組成，作為柔性電子和可穿戴電子器件的一種重要基礎(chǔ)原料，已被報(bào)道廣泛用于能量存儲(chǔ)、電磁 屏蔽、焦耳加熱等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)導(dǎo)電油墨往往存在與基底結(jié)合力弱、導(dǎo)電粒子分散需要使用大量有機(jī)溶劑、電導(dǎo)率不夠高等問(wèn)題，限制了其在很多領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。

  近日，東華大學(xué)朱美芳院士團(tuán)隊(duì)葉長(zhǎng)懷、廖耀祖研究員基于生物可再生原料殼聚糖（chitosan）與二元酸在水中形成生物基有機(jī)鹽溶液，與銀納米線復(fù)合制備了一系列超高電導(dǎo)率的水性導(dǎo)電墨水（圖1），為綠色制備高電導(dǎo)率、高耐久性導(dǎo)電復(fù)合涂層提供了一種通用方法。

圖 1 SA-chitosan生物基有機(jī)鹽、導(dǎo)電墨水、導(dǎo)電涂層的制備流程圖

  水性的生物基SA-chitosan有機(jī)鹽涂層在簡(jiǎn)單的加熱后形成高度交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予導(dǎo)電復(fù)合涂層良好的耐熱和耐溶劑性，使其有望在惡劣環(huán)境中使用。導(dǎo)電粒子AgNW 嵌入高度交聯(lián)的SA-chitosan聚合物基體中，該聚合物基體一方面隔絕導(dǎo)電粒子與外界環(huán)境的接觸減緩AgNW的氧化（圖2），另一方面可增強(qiáng)與基底材料的粘附力，如在反復(fù)剝離試驗(yàn)后仍保持優(yōu)異的電導(dǎo)率（圖3）。

圖 2. 導(dǎo)電復(fù)合涂層的電導(dǎo)率及耐高溫、耐有機(jī)溶劑特性

圖 3. 導(dǎo)電涂層抗反復(fù)彎曲、折疊、剝離特性

  由于導(dǎo)電復(fù)合涂層超高的電導(dǎo)率，厚度僅為 10 μm 的 SA-chitosan/AgNWs 涂層具有 高達(dá)73.3 dB 電磁屏蔽 (EMI) 效能（圖4）。他們將這種導(dǎo)電油墨用來(lái)制備功能性導(dǎo)電織物，這種織物表現(xiàn)出優(yōu)異的電磁屏蔽（圖5）、焦耳加熱（圖6）和應(yīng)變傳感性能（圖7）。這種簡(jiǎn)單、綠色方法制備的高導(dǎo)電墨水有望成為潛在的大規(guī)模制造柔性和可穿戴電子器件的重要候選材料。

圖 4. 導(dǎo)電涂層的電磁屏蔽性能表征

圖 5. 導(dǎo)電織物的電磁屏蔽特性

圖 6. 導(dǎo)電織物的焦耳加熱特性

圖 7. 導(dǎo)電織物的應(yīng)變傳感特性

  相關(guān)成果以“Biomass-Derived, Highly Conductive Aqueous Inks for Superior Electromagnetic Interference Shielding, Joule Heating, and Strain Sensing”為題，發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces（doi.org/10.1021/acsami.1c17170）上。東華大學(xué)21級(jí)碩博連讀生王悅為該論文的第一作者，東華大學(xué)廖耀祖研究員和葉長(zhǎng)懷研究員為本論文的共同通訊作者。感謝國(guó)家自然科學(xué)基金 (51903046，52073046，51873036，U20A20257)、上海市科委（20JC1414900，20JC1414901）的聯(lián)合基金、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人計(jì)劃（21XD1420200）、上海市曙光計(jì)劃（19SG28）、上海市自然科學(xué)基金（19D3859）以及先進(jìn)纖維與材料國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等的資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c17170