【参赛作品】三维可压缩和可伸缩的导电复合材料

如何在不同程度的弯曲、剪切和压缩等情况下,保持连接线的导电性是扩大可伸缩柔性导体应用范围所需解决的难点。三维导电复合材料,因其低成本、机械耐久性等优点,受到很大的关注。有研究采用将高导电性纳米材料,如石墨烯,渗进弹性材料以获得三维导电复合材料。然而,这些纳米材料太昂贵,但是这种制作方法值得借鉴。

作者采用溶液沉积薄金属层的方法,以PU海绵为基体材料,制作了一种新的低成本、耐磨、可拉伸压缩的三维导电复合材料。 研究人员首先将PU海绵浸在[P(METAC-co –MPTS)]乙醇溶液中;经过水解以及固化以后,再将涂有共聚物的PU海绵浸入 (NH4)2PdCl4 水溶液中,PdCl42- 包覆在共聚物表面;然后将样品浸入液态的Cu和Au中60min,进行化学沉积(ELD),分别得到Cu涂覆的PU海绵和Au涂覆的PU海绵,同时也在PU-Cu表面沉积Ag得到双层金属涂覆的海绵(PU-CuAg);最后所有的样品都浸入PDMS中,在70℃固化2h,得到导电复合材料,即PU-金属-PDMS。

PU-CuAg-PDMS在不同的弯曲半径、压缩应变和拉伸应变条件下,电阻变化很小,即使循环的次数增加到1000次,导电复合材料的导电性依然很稳定。

利用平板印刷方法得到发光装置,即在涂覆P(METAC- co -MPTS)的PU海绵上,用掩膜板遮盖一部分,在PU海绵上涂覆半固化的PDMS,只有未遮盖的部分渗入PDMS,然后70℃固化1h后,将样品放入 PdCl42-溶液中,最后沉积覆盖金属层,只有遮盖部分涂有CuAg,此时将LEDs与PU-CuAg粘接,整个装置用PDMS密封,得到发光装置。

这种导电复合材料在溶液中制作,可以适应不同尺寸、形状的材料表面,所用到的材料,如Cu、Au,制作温度温和,操作方便,同时还能抵抗表面损伤。未来将在生物医学诊断,太阳能电池等领域发挥作用。

选材出处:Three-Dimensional Compressible and Stretchable Conductive Composites