Advanced Functional Materials:面向可穿戴电子的多功能、自修复多支化聚氨酯复合薄膜

 在近年来,通过将自修复功能集成到柔性电子产品中引起了广泛的关注。然而,这种多功能自修复电子器件未来不可避免地会应用于在各种特殊环境中,这对于材料的设计来说是一个挑战。聚氨酯在可穿戴电子设备的设计中具有十分理想的优势,例如其韧性,延展性,强耐磨性和耐化学性等。由于纯PU不导电,需与其他导电材料结合使用,以使薄膜具有导电性。然而,当添加无机的导电化合物时,不可避免地将影响传感薄膜的自修复性能。石墨烯凭借其优异的导电性被认为是生产可穿戴电子产品的首选导电材料,但由于其较大的表面积和强大的π-π相互作用,在制备过程中难免发生的团聚进而降低传感器的灵敏度。同时,在压阻式可穿戴电子设备的使用过程中,电流会产生大量的焦耳热,当工作电压过大或者传感器本身的电阻较小时,产生的热量甚至可以烧伤穿戴者的皮肤。因此,胶囊化的相变材料(PCM)可作为插层剂,在帮助石墨烯分散的同时,还可以通过相变存储电流产生的多余热能。

江南大学陈坤林老师研究团队基于多支链聚氨酯和包覆十八烷的TiO2纳米胶囊(OTNs),成功制备了具有自愈性,隔热性和抗紫外线性的柔性可穿戴电子产品。

选择聚氨酯作为基体树脂,以使所获得的薄膜(可穿戴电子产品)具有柔韧性和自愈能力。同时,在聚氨酯中添加石墨烯以赋予薄膜导电性。与传统的自修复膜相比,聚氨酯支链的多氨基结构增强了PU与氨基修饰石墨烯之间的键合力,进而使石墨烯/ PU杂化膜具有快速有效的自修复能力。此外,考虑到可穿戴电子设备的安全性问题(过热烫伤),相变材料(PCM)用于存储可穿戴传感器工作时产生的焦耳热。TiO2被用作外壳材料,不仅可以避免相变材料的损失,在石墨烯的协同作用下,还呈现优异的紫外吸收性能。综上所述,所设计的多功能薄膜不仅具有自修复和传感的特性,而且还可以保护人体免受高温或低温以及紫外线的照射的伤害。

论文信息:

Self-Healing Titanium Dioxide Nanocapsules-Graphene/Multi-Branched Polyurethane Hybrid Flexible Film with Multifunctional Properties toward Wearable Electronics

Jianlin Zhou, Han Liu, Yangyi Sun, Chaoxia Wang, and Kunlin Chen*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202011133

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202011133