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《AFM》东华大学游正伟: 动态混合交联弹性体,用于室温可回收柔性电子设备

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高分子材料科学 2021-10-16 11:29

柔性电子产品的快速发展导致电子垃圾形式的严重污染。因此,这些设备非常需要可回收性,但这仍然是一个重大挑战。东华大学游正伟课题组开发了一种新的热固性塑料,旨在促进在室温下完全回收柔性电子设备,以解决上述挑战。作者开发了一种与解离动态键交联的聚氨酯弹性体——一种含呋喃的聚氨酯 (FPU)(图 1)。首先,选择 2,5-呋喃甲醇和双马来酰亚胺的特定Diels-Alder(DA)加合物作为交联单元。DA加合物被设计为在加热时容易解离,并在环境条件下的合适时间范围内重新结合,以使其分离和回收。FPU在不加热的情况下保持稳定的交联状态,这应确保可靠性和耐用性。在加热后几分钟后,FPU 转变为低交联密度的状态,可以保持几个小时,以帮助轻松处理并提供有效的回收时间。因此,FPU 被证明在室温下加热后可溶于氯仿、丙酮和四氢呋喃等常见有机溶剂,作者还表明电子元件可以与其他聚合物材料分离,用于新电子产品的再制造。避免过度加热会损坏聚合物和电子元件,以确保柔性电子设备的可回收性。这是第一个报道的热固性弹性体,它可以在室温下完全回收,而无需使用化学处理来分解聚合物链。此外,通过将纳米级导电填料引入FPU,制备了一种导电可回收FPU复合材料(FPUC)。

作者通过3D打印演示了FPU/FPUC在柔性电子产品中的应用。该设计理念通过回收三种基于FPU的柔性电子设备来展示:位置传感器、柔性键盘和运动传感器。FPU 弹性体由室温自修复双动态网络组成,该网络由可逆二硫键和氢键组成。二硫键是一种动态交换共价键,可以在低温下自我修复,同时保持形态完整性。自修复聚合物是很有前途的电子材料,因为它们能够自主修复物理损坏,从而延长电子产品的使用寿命并降低维护成本。氢键和二硫键充当牺牲键,耗散能量并增强材料的拉伸性能。此外,高动态的二硫键和氢键也有利于FPU弹性体的回收。FPU作为柔性电子产品的材料在其仿生机械性能、室温自愈性和易加工性方面具有许多优势。这项研究为开发用于促进可持续柔性电子产品的材料提供了有前途的新设计原则。

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图 1. 交联混合含呋喃聚氨酯 (FPU) 弹性体的设计。

图 4. FPU弹性体的可回收性研究。

图 5. 按需FPU溶解度,可完全回收制造的电子设备。

相关论文以题为A Dynamically Hybrid Crosslinked Elastomer for Room-Temperature Recyclable Flexible Electronic Devices发表在《Adv. Funct. Mater.》上。通讯作者是东华大学游正伟教授。

参考文献:

doi.org/10.1002/adfm.202106281

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