東華大學(xué)研發(fā)出可回收、可降解的高韌性可穿戴電子器件

2021-06-30 10:13:22 來源：雅式橡塑網(wǎng) 閱讀量：21313 評論
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　　【塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可穿戴電子產(chǎn)品已經(jīng)成為日常生活的重要部分，但其快速發(fā)展也產(chǎn)生了大量的電子垃圾。目前，聚己內(nèi)酯(PCL)、聚乳酸(PLA)等一些可降解聚合物被引入到電子器件中，但普遍存在高模量、低彈性的缺點(diǎn)，一些可降解的熱固性彈性體難以加工和回收，因此，開發(fā)彈性強(qiáng)、模量合適、加工性能好、可循環(huán)、可降解的新型電子材料成為重要課題。
 
可穿戴電子設(shè)備
 
　　東華大學(xué)游正偉教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種基于狄爾斯-阿爾德反應(yīng)(簡稱DA反應(yīng))的新型動(dòng)態(tài)共價(jià)交聯(lián)的電學(xué)彈性體PBSF-FA-BMI(PFB)，該彈性體具有良好的穩(wěn)定性、彈性、可加工性、可回收性和可降解性。
 
　　基于DA反應(yīng)較高的特異性，制備的PFB具有很好的熱塑性，且易于通過3D打印加工成電子器件。而且，隨著PFB中酶降解鍵的引入，這些電子產(chǎn)品在使用后可以降解。通過在彈性體PFB中引入納米級(jí)填料，可制備導(dǎo)電可回收復(fù)合材料(PFBC)。
 
PFB彈性體的設(shè)計(jì)與性質(zhì)
 
　　PFBC在循環(huán)拉伸過程中表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電穩(wěn)定性。當(dāng)拉伸100%時(shí)，其電阻只有很小的變化。因此，有望用于動(dòng)態(tài)機(jī)械環(huán)境中的電子應(yīng)用。而且，PFBC在回收過程中保持了機(jī)械性能和導(dǎo)電性的穩(wěn)定，回收的PFBC具有良好的電導(dǎo)率和延伸率，3次回收后，PFBC的韌性保持在10.1 MJ/m3。
 
導(dǎo)電PFBC的性質(zhì)
 
　　將PFBC作為摩擦層，通過3D打印制作了摩擦電納米發(fā)生器。當(dāng)外力使PFBC和PDMS薄膜之間發(fā)生物理接觸時(shí)，摩擦層的周期性接觸和分離產(chǎn)生了一個(gè)外部電路中的交流輸出信號(hào)，在3Hz的頻率下，具有超過3000次的穩(wěn)定性能。
 
　　通過3D打印，制備了由兩個(gè)電極層(PFBC)和一個(gè)隔離層(PFB)組成的電容式壓力傳感器。該壓力傳感器的電容變化和變形實(shí)時(shí)完全匹配，顯示了優(yōu)異的機(jī)械和電氣穩(wěn)定性，可保持敏感響應(yīng)連續(xù)1000個(gè)周期。
 
　　通過3D打印制備了一個(gè)可伸縮、便攜、輕薄的數(shù)字鍵盤，用于可穿戴用戶輸入界面。PFB作為可拉伸基板，微電路使用PFBC打印。結(jié)果證明，該鍵盤可以覆蓋復(fù)雜曲面(如前臂)，能在任何方向延伸和承受任意復(fù)雜的變形，在可穿戴電子產(chǎn)品方面的應(yīng)用前景廣泛。
 
基于回收的PFBC的3D打印的電子器件
 
　　以四種不同的3D打印的壓力傳感器為代表，測試其在不同環(huán)境條件下的耐受性，結(jié)果表明電子器件在高溫(100℃，1 h)，高濕度(>60%，1個(gè)月)，鹽水(24h)，乙醇(24h)條件下的電信號(hào)基本保持一致。
 
3D打印電學(xué)器件的電學(xué)穩(wěn)定性和可降解性
 
　　這項(xiàng)工作為定制可穿戴電子產(chǎn)品提供了一種新方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了包括彈性、導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、可加工性、可回收性和可降解性等多方面性能的優(yōu)化，為下一代可穿戴電子產(chǎn)品的開發(fā)提供了靈感。
 

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