可修復(fù)和可模塑的導(dǎo)電材料在人造皮膚、物聯(lián)網(wǎng)和生物電子學(xué)等電子領(lǐng)域中受到了廣泛的關(guān)注。由于機(jī)械/電氣損傷后的可恢復(fù)性或?qū)ν饨绱碳さ捻憫?yīng)性，可修復(fù)材料是高性能電子設(shè)備的重要組成部分。然而，可修復(fù)材料的實(shí)際應(yīng)用由于導(dǎo)電率低和在斷裂/修復(fù)循環(huán)后的不可逆降解而受到阻礙。
韓國(guó)成均館大學(xué)Daewoo Suh等研究人員報(bào)道了一種高導(dǎo)電性、完全可逆的電子隧穿輔助的銀納米衛(wèi)星（AgNS）粒子滲流網(wǎng)絡(luò)，制備了一種油灰狀的可模塑和可修復(fù)納米復(fù)合材料。該材料電導(dǎo)率大大增加，由于滲流網(wǎng)絡(luò)依賴于電子隧穿而不是填料的物理結(jié)合，即使經(jīng)1000次斷裂/修復(fù)循環(huán)后仍能維持100%的電修復(fù)效率，并且在水浸和暴露于環(huán)境空氣6個(gè)月的情況下仍具有高穩(wěn)定性。這種高導(dǎo)電性的可模塑納米復(fù)合材料可以應(yīng)用于改善和修復(fù)電氣零件，在未來(lái)的電子材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力！
AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料的制備
如圖1所示，利用四氫呋喃(THF)過(guò)氧化物在可修復(fù)硅橡膠(SR)基質(zhì)中對(duì)銀薄片(AgFLs)進(jìn)行獨(dú)特的自由基和活性氧介導(dǎo)的劇烈刻蝕和還原反應(yīng)，生成具有層次結(jié)構(gòu)的AgNS顆粒。AgNS顆粒的產(chǎn)生將AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料的顏色變?yōu)樯钭厣?，而AgFL-SR納米復(fù)合材料（在SR中用THF處理的AgFLs）為淺灰色。
AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料的電傳輸性能
圖2顯示了AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料的電導(dǎo)率σ隨初始混合物中THF過(guò)氧化物量的變化。AgFL-SR樣品在沒(méi)有THF過(guò)氧化物的條件下合成，其σ僅為8.64×10-3 Scm-1。而在最佳THF過(guò)氧化物量（15ml）下，電導(dǎo)率提高了約5個(gè)數(shù)量級(jí)。這是驚人的，因?yàn)閮H通過(guò)AgNS粒子的電子隧穿，而無(wú)需固化誘導(dǎo)的填料物理結(jié)合，即可構(gòu)建高導(dǎo)電性電滲濾網(wǎng)絡(luò)。
AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料良好的電傳輸和修復(fù)機(jī)制
圖3顯示了AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料的機(jī)械和電氣修復(fù)過(guò)程。?可修復(fù)性通常源于聚合物的動(dòng)態(tài)化學(xué)鍵。因?yàn)镾R既包含氫鍵供體又包含氫鍵受體，所以它的可修復(fù)性歸因于氫鍵。分叉的AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料通過(guò)手指輕觸約2?s即可修復(fù)（圖3a和b）。圖3c顯示了在斷裂/修復(fù)周期中AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料的電阻R的變化。標(biāo)本分叉后，R增加到無(wú)窮大。輕輕觸摸分叉的樣品，它立即恢復(fù)到初始值，即使經(jīng)過(guò)1000次斷裂/修復(fù)循環(huán)，AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料的σ仍能被完全恢復(fù)（電修復(fù)效率約100％）（圖3d）。
AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料的可模塑性
圖4顯示了AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料出色的宏觀和微觀可模塑性。通過(guò)簡(jiǎn)單的模制工藝可以容易地形成各種不同的形狀。
應(yīng)用演示
機(jī)器人使用AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料進(jìn)行了緊急電子維修演示，如圖5所示。這對(duì)于因有毒氣體泄漏和高溫而導(dǎo)致人類無(wú)法進(jìn)入的地方發(fā)生的事故非常有用。排氣扇連接到可修復(fù)的納米復(fù)合材料電路，加熱該回路到200°C，在惡劣條件下去除有毒氣體（圖5a）。模擬了電路被切斷、有毒氣體積聚和氣體濃度高于安全水平的情況（圖5b和c）。一個(gè)機(jī)器人被派往緊急地點(diǎn)，修復(fù)了AgNS-AgFL-SR電路（圖5d）。風(fēng)機(jī)重新啟動(dòng)，排出有毒氣體，并將氣體濃度降至安全水平以下（圖5e）。
總結(jié)
在本篇文章中，研究人員制備了一種油灰狀可模塑和可修復(fù)AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料。該材料電導(dǎo)率增加了約5個(gè)數(shù)量級(jí)，即使在1000次斷裂/修復(fù)循環(huán)后仍能維持100%的電修復(fù)效率，并且在水浸和暴露于環(huán)境空氣6個(gè)月的情況下仍具有穩(wěn)定性。本文還提到了機(jī)器人進(jìn)行的緊急電子維修演示。我們相信這種高導(dǎo)電、可模塑、可修復(fù)和穩(wěn)定的AgNS-AgFL-SR納米復(fù)合材料在未來(lái)的電子材料領(lǐng)域能得到很好的應(yīng)用。
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