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陕科大白阳/费贵强、西工大马忠雷 CEJ:用于可拉伸、自修复和可回收的电磁屏蔽和焦耳加热复合聚合物薄膜
2023-11-17  来源:高分子科技

  尽管近年来电磁干扰(EMI)屏蔽材料引起了广泛关注,但开发具有可拉伸、自修复和可回收性能的EMI材料仍然是一个巨大挑战,以实现可靠的使用并避免电子废物。在本文中,他们开发了一种多功能弹性粘接剂,称为MFEA,其由聚二甲基硅氧烷、丁二酮肟/4,4-亚甲基双(苯异氰酸酯)和邻苯二酚组成。MFEA表现出卓越的力学性能(3.75 MPa),强大的粘附力(1 MPa),自修复能力(91%)和可回收性。通过利用其粘附性能,他们可以将MFEA与银纳米线结合起来。复合材料MFEA/AgNWs薄膜不仅表现出优异的性能,包括可拉伸性、自修复性、粘附性和可回收性,还可用于制造EMI屏蔽膜,其屏蔽强度高达53.6 dB。此外,复合薄膜表现出焦耳加热行为,在1.5V下迅速升温至50℃以上,并在较长时间内保持稳定。此外,MFEA可以用于粘附其他商业EMI屏蔽膜,以使用传统方法实现所需的功能。这种方法为制备具有各种功能的柔性电子材料提供了一种通用、方便和快速的策略。


  1、该课题组设计并合成了一种用于制备粘附电磁屏蔽材料的高弹性粘合剂。这种弹性粘合剂包含大量的邻苯二酚基团和肟氨酯动态键。通过调整软硬段的比例,MFEA表现出优异的机械强度和应变能力。肟氨酯动态键、氢键和多酚的协同作用有助于其强大的粘附性能。在室温下,MFEA可以立即、牢固且重复地粘附到不同的基底上,其在不同基底上的粘附强度可达1430 kPa,水下为205 kPa。此外,他们观察到该材料具有出色的自愈能力(>91%)和稳定的可再加工性。充分利用MFEA卓越的机械性能、强大的粘附性、自愈能力和可再循环性,他们将其与银纳米线结合起来,制备了具有电加热功能的电磁屏蔽材料。此外,它还是一种自愈型柔性传感器,展示了各种维度的柔性、可伸缩性和自愈性。此外,MFEA还可以与其他商业电磁屏蔽膜结合,实现所需的功能。这种多功能的聚氨酯弹性粘合剂为制备具有不同功能的柔性电子材料提供了一种通用、方便和快速的策略。这一创新有望推动柔性电子领域的发展 


1:多功能弹性体胶粘剂的分子结构及制备策略,以及导电性弹性体胶粘剂的应用。


  2、多种非共价相互作用,包括氢键、静电相互作用、疏水相互作用和金属配位,通过与各种材料表面相互作用实现粘附性能。为了赋予弹性体粘合剂自粘性能,他们在胶黏系统中引入了富含邻苯二酚基团的多酚,其中包括儿茶素和没食子酸基团。通过肟氨酯动态键、氢键和多酚的协同作用实现粘附。该弹性体粘合剂在室温下对各种基底表现出立即、强烈和可重复的粘附性,既能够在软表面上也能够在硬表面上,如猪皮、木材、玻璃、铝、PMMA、铁、橡胶和EPS 


2:多功能弹性体粘合剂的粘附性能


  3、他们在系统中引入了热响应的肟氨酯动态键由于其可逆的响应行为、出色的柔韧性和粘附性能,MFEA表现出卓越的自愈合能力。他们使用温度依赖的红外光谱研究了其动态性能。该系统还表现出可回收性和可再处理性能,能溶解在丙酮中形成均匀稳定的溶液,多次成型。 


多功能弹性体粘合剂的自愈合性能


  4、由于MFEA具有出色的粘附性能,它们可以轻松地与银纳米线(AgNWs)结合形成柔性电子复合膜。AgNWs部分嵌入到MFEA薄膜基底的关键表面,形成导电网络与传统的刚性EMI薄膜不同,得到的MFEA/AgNWs薄膜可以在一定程度的拉伸下经受一定的拉伸同时保持其固有的EMI行为。由高纵横比AgNWs构建的导电网络表现出可伸缩性,在低应变下,膜表面的拉伸AgNWs经历相对滑动,但仍保持导电路径。



  值得注意的是,应用EMI屏蔽膜时机械损伤往往是不可预测的(例如,在电子、通信、航空航天等领域)。因此,EMI屏蔽膜应在拉伸恢复周期和人为损伤后恢复其EMI屏蔽性能。通过切割MFEA/AgNWs膜,他们研究了在热处理下导电路径的恢复情况。经过1小时的加热后,剪切的MFEA/AgNWs膜的屏蔽能力基本恢复到原始水平。这种EMI屏蔽膜的恢复能力基于MFEA的优秀动态特性,允许在受损的MFEA/AgNWs膜中重新建立连续的AgNWs渗透网络。


  有趣的是,由于MFEA具有广泛的粘附能力,MFEA还可以粘附到商业导电膜上(例如铁、碳、铜、铝),以便以一种便捷而灵活的方式形成复合EMI屏蔽膜。因此,开发的EMI屏蔽膜在需要灵活性和可靠性操作的各种应用中具有巨大潜力。


多功能弹性体粘合剂的电磁屏蔽性能


  5、加载了AgNWs的复合膜还表现出优异的焦耳加热性能,使其在薄膜加热器的应用方面具有极大的潜力。MFEA/AgNWs复合膜的表面温度随着不同输入电压的时间变化而升高。膜迅速升温并在大约15-20秒内达到稳态温度(TSS),表明MFEA/AgNWs复合膜具有快速的热响应。


图5 多功能弹性体粘合剂的焦耳加热性能


  该研究得到了国家自然科学基金资助项目(No. 21801162),陕西省自然科学基础研究计划项目(2023-JC-QN-0150)资助。


  原文链接:Composite polymeric film for stretchable, self-healing, recyclable EMI shielding and Joule heating

  Yang Bai, Boyuan Zhang, Guiqiang Fei, Zhonglei Ma

  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723061132

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(责任编辑:xu)
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