弹性体被认为是柔性电子设备的最佳候选材料之一，但由于其在应用过程中不可避免地产生的缺陷使其很容易断裂。最近，湖南大学的夏新年和深圳先进电子材料国际创新研究院的孙蓉曾小亮团队的研究人员利用氢键和缠结的协同作用，使得弹性体获得了缺陷完全不敏感的性能。相关研究成果以[The Synergy of Hydrogen Bond and Entanglement of Elastomer Captures Unprecedented Flaw Insensitivity Rate]为题发表于期刊《Small》上。湖南大学化学化工学院在读博士生曾祥亮为第一作者，夏新年教授曾小亮研究员为共同通讯作者。
图1 缺陷不敏感弹性体材料的设计原理
研究人员通过协同调控弹性体中的氢键和缠结含量，从而得到具有不同氢键和缠结含量的弹性体材料，制备弹性体的缺陷不敏感率大于1，远高于以往工作中报道的软材料（弹性体、水凝胶等）。
氢键和缠结的协同作用所带来的缺陷不敏感率的提高，归因于弹性体拉伸时弱氢键的解离、强氢键的增加和缠结的拔出，这大大降低的缺陷处的应力集中，这一机理探究通过不同应变下的红外测试、Rubinstein–Panyukov模型以及小角X射线散射来证实。
图2 弹性体的缺陷不敏感性分析
研究人员通过弹性体的应力应变曲线和粘弹性模型进一步探究了其缺陷不敏感机理，缺口样品在拉伸过程中发生持续解缠现象（缠结的拔出），其较大末端距使得其在拉伸时大量的分子内氢键能解离耗散能量。
图3 弹性体分子尺度的定量分析
制备的弹性体具有良好的力学性能和自修复性能，其断裂伸长率超过2000%，断裂能可达22498.3 J m-2，在室温下自修复1分钟后就具有一定的强度。
图4 弹性体的力学性能
研究者探究了弹性体在应变传感器和热界面材料中的应用，结果表明，弹性体制备的应变传感器灵敏度较高，热界面材料也表现出良好的性能，在应用测试中，其散热能力强于商用的热界面材料，并且表现出良好的热稳定性，说明该弹性体在柔性电子及其散热的应用中具有一定潜能。
图5 弹性体在应变传感器和热界面材料中的应用
为了进一步研究弹性体在电子皮肤中的潜在应用，研究者通过体外培养人胚胎肾细胞评估了其细胞相容性。结果表明弹性体的生物相容性较好，具有应用于电子皮肤的潜力。
图6 弹性体的生物学特性
本篇文章的研究者制备了一种缺陷不敏感的弹性体材料，并为弹性体设计提供了新的思路和见解。
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来源：高分子科学前沿
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