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蘇科大葉常青教授團隊連發(fā) AFM/Small: 液態(tài)金屬-聚合物體系的開發(fā)和應用方面取得系列進展
2025-01-22  來源：高分子科技

  近日，蘇州科技大學葉常青教授、趙凱博士等人于2025年1月10日和1月16日分別以Liquid Metal Nanoparticle-Based Multifunctional Printable Electronics Enabled by Polymerizable Deep Eutectic Solvents 和Highly Conductive, Ultratough, and Adhesive Eutectogels with Environmental Tolerance Enabled by Liquid Metal Composites為題在Advanced Functional Materials和Small上發(fā)表了兩篇最新研究論文。分別介紹如下：


AFM：基于液態(tài)金屬液滴-可聚合低共熔溶劑的多功能可印刷電子器件


  傳統印刷技術和電子制造的獨特結合，擴大了可打印電子技術在不同領域的應用。有趣的是，印刷器件通常具有低成本、重量輕、抗彎曲的特點，在先進的柔性電子領域具有廣闊的前景。液態(tài)金屬納米顆粒（LMNPs）由于其高的導電率和流動性，以及與塊狀LM相比改進的潤濕性，被認為是可打印電子產品的有前途的候選材料。然而，LMNPs的高表面張力和弱粘附性對其在不同基質上的簡單圖案化提出了巨大的挑戰(zhàn)。


  近期，蘇州科技大學葉常青教授、趙凱博士等人利用α-硫辛酸（LA）/氯化膽堿（ChCl）可聚合低共熔溶劑（PDESs）為聚合物載體，以LMNPs為軟導電填料，設計構筑了一類多功能可印刷電子器件的LMNP聚合物復合材料。相關成果以題為“Liquid Metal Nanoparticle-Based Multifunctional Printable Electronics Enabled by Polymerizable Deep Eutectic Solvents”發(fā)表于Advanced Functional Materials上。


  具體而言，基于LA的開環(huán)聚合特性，提出并構建了全新的液態(tài)金屬-可聚合DES體系，通過多種印刷方式（絲印、模版印刷、直寫等）在不同基底上實現了圖案化制備，展現出高導電、高粘附、可回收和在變形下穩(wěn)定一致的電學性能。更重要的是，這些電子器件可以通過熱處理很容易地溶解在乙醇中，并可以重新打印以供進一步使用，具有出色的可回收性。最后，進一步演示了它們在可拉伸傳感器、共形電極和智能制動器等領域的應用。


圖1 LMNP-PDES的制備和圖案化過程的示意圖


圖2 LMNP-PDES的表征


圖3 LMNP-PDES的印刷圖案及回收利用


圖4 LMNP-PDES的電學性能


圖5 人體應用


圖6 制動器


  蘇州科技大學材料科學與工程學院趙凱博士與趙彥博為共同一作，蘇州科技大學葉常青教授為通訊作者。此研究工作得到國家自然科學基金項目、江蘇省科學委員會優(yōu)秀青年基金項目、江蘇省自然科學基金項目-青年基金項目、青藍工程，江蘇省第五屆333名高水平人才培訓項目、江蘇省六大人才高峰項目的資助支持。


  論文信息：Kai Zhao?, Yanbo Zhao?, Jialin Wang, and Changqing Ye*. Liquid Metal Nanoparticle-Based Multifunctional Printable Electronics Enabled by Polymerizable Deep Eutectic Solvents. Advanced Functional Materials, 2025, 2424490. DOI: 10.1002/adfm.202424490. (IF=18.5)

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202424490


Small：通過液態(tài)金屬復合物實現具有高導電性、超韌性和粘性的耐環(huán)境低共熔凝膠


  近年來，柔性可穿戴電子設備發(fā)展迅速，廣泛應用于運動檢測、醫(yī)療保健、人機交互等應用中。作為典型的軟導體之一，導電水凝膠由于具有良好的導電性、柔韌性和生物相容性，在可穿戴電子設備的構建中具有極大的應用潛力。盡管目前已經成功開發(fā)出多種導電水凝膠材料，然而由于水凝膠中的高含水量，造成的脫水和冷凍問題對其環(huán)境穩(wěn)定性構成了巨大的挑戰(zhàn)。離子液體提供了一種有前景的方案解決凝膠的環(huán)境穩(wěn)定性問題，但是離子液體通常制備工序繁瑣，成本較為高昂。低共熔溶劑（DES）作為一種有前景的替代品，不僅成本低、制備簡單，而且能為凝膠提供離子電導率和粘附性，同時具有良好的生物相容性和環(huán)境穩(wěn)定性。同時，低共熔溶劑中富含的大量氫鍵也為凝膠提供了良好的自愈合性能，因此，基于低共熔溶劑制備的深共晶凝膠也由于其良好的環(huán)境穩(wěn)定性能和成本效益成為了研究的熱點。


圖1 LPCA深共晶凝膠的制備和交聯網絡結構


  近期，蘇州科技大學材料科學與工程學院葉常青教授、趙凱博士等人通過將液態(tài)金屬-聚噻吩復合材料（LMNP-PEDOT）分散于低共熔溶劑中，進一步引發(fā)丙烯酸聚合制備了新具有高導電性、超韌性和粘附性的耐環(huán)境液態(tài)金屬雙網絡深共晶凝膠（LPCA）。這種共晶凝膠同時具有剛性的纖維素交聯網絡和韌性的聚丙烯酸交聯網絡，具有良好的機械性能。與傳統的導電填料相比，液態(tài)金屬-PEDOT復合材料作為導電填料具有良好的柔韌性，能夠進一步增強深共晶凝膠的機械性能和導電性能。同時，低共熔溶劑的添加不僅能夠賦予凝膠離子電導率增強其導電性能，還能為凝膠提供良好的抗干抗凍性能與自愈合性能。重要的是，LPCA深共晶凝膠在先進的運動傳感中展示出了巨大的應用潛力，能夠準確的檢測人體關節(jié)的運動和面部微小表情的變化，具有較高的傳感靈敏度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。同時其還能夠通過摩斯密碼等方式傳遞信息和信號，在人機交互和信息傳輸等領域有著潛在的應用。該工作以“Highly Conductive, Ultratough and Adhesive Eutectogels with Environmental Tolerance Enabled by Liquid Metal Composites”為題發(fā)表在《Small》上。


圖2 LPCA深共晶凝膠的結構表征和粘附性測試


圖3 LPCA深共晶凝膠的機械性能測試


圖4 LPCA深共晶凝膠的環(huán)境穩(wěn)定性和自愈合性能測試


圖5 LPCA深共晶凝膠的傳感性能測試


圖6 LPCA深共晶凝膠的應用研究


  該工作是葉常青團隊近期關于柔性電子材料的性能調控和功能性相關研究的最新進展之一。此外，凝膠和導電油墨等柔性電子材料的制備和性能研究一直是團隊的重要研究方向之一，該團隊目前已在這一領域發(fā)表了多篇相關研究論文。接下來團隊將對柔性電子材料的制備和器件應用領域中進行更深入的探索與研究，歡迎關注。


  論文信息：Jialin Wang, Kai Zhao*, Yanbo Zhao, and Changqing Ye*. Highly Conductive, Ultratough, and Adhesive Eutectogels with Environmental Tolerance Enabled by Liquid Metal Composites. Small, 2025, 2410806. DOI: 10.1002/smll.202410806. (IF=13)

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202410806

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（責任編輯：xu）
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