東華大學研發(fā)出可回收、可降解的高韌性可穿戴電子器件
【塑料機械網 科技創(chuàng)新】隨著技術的不斷發(fā)展，可穿戴電子產品已經成為日常生活的重要部分，但其快速發(fā)展也產生了大量的電子垃圾。目前，聚己內酯(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，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、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。
可穿戴電子設備
東華大學游正偉教授團隊設計并制備了一種基于狄爾斯-阿爾德反應(簡稱DA反應)的新型動態(tài)共價交聯(lián)的電學彈性體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，這些電子產品在使用后可以降解。通過在彈性體PFB中引入納米級填料，可制備導電可回收復合材料(PFBC)。
PFB彈性體的設計與性質
PFBC在循環(huán)拉伸過程中表現(xiàn)出良好的導電穩(wěn)定性。當拉伸100%時，其電阻只有很小的變化。因此，有望用于動態(tài)機械環(huán)境中的電子應用。而且，PFBC在回收過程中保持了機械性能和導電性的穩(wěn)定，回收的PFBC具有良好的電導率和延伸率，3次回收后，PFBC的韌性保持在10.1 MJ/m3。
導電PFBC的性質
將PFBC作為摩擦層，通過3D打印制作了摩擦電納米發(fā)生器。當外力使PFBC和PDMS薄膜之間發(fā)生物理接觸時，摩擦層的周期性接觸和分離產生了一個外部電路中的交流輸出信號，在3Hz的頻率下，具有超過3000次的穩(wěn)定性能。
通過3D打印，制備了由兩個電極層(PFBC)和一個隔離層(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時完全匹配，顯示了優(yōu)異的機械和電氣穩(wěn)定性，可保持敏感響應連續(xù)1000個周期。
通過3D打印制備了一個可伸縮、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。結果證明，該鍵盤可以覆蓋復雜曲面(如前臂)，能在任何方向延伸和承受任意復雜的變形，在可穿戴電子產品方面的應用前景廣泛。
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，結果表明電子器件在高溫(100℃，1 h)，高濕度(>60%，1個月)，鹽水(24h)，乙醇(24h)條件下的電信號基本保持一致。
3D打印電學器件的電學穩(wěn)定性和可降解性
這項工作為定制可穿戴電子產品提供了一種新方法，同時實現(xiàn)了包括彈性、導電性、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品的開發(fā)提供了靈感。
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