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哈工大劉宇艷教授團隊《Adv. Sci》: 基于液態(tài)金屬形狀記憶聚合物泡沫的電/熱協(xié)同調節(jié)材料
2023-02-03  來源:高分子科技

  隨著柔性電子智能化的快速發(fā)展,具有智能調控功能的電子元件,特別是具有可調控導電導熱性能的電子元件在柔性電子領域發(fā)揮著越來越重要的作用。液態(tài)金屬(LM)具有良好導電性、導熱性、低溫流動性和生物相容性,近年來廣泛被應用于可調控電熱性能復合材料中。但LM彈性體復合材料的可調性能需在持久的外部刺激下實現,使其在實際應用中受到限制。因此在不施加持續(xù)外力作用下,實現對復合材料導電導熱性能的控制是十分必要的。


  近期,哈爾濱工業(yè)大學劉宇艷教授團隊通過增強LM和形狀記憶聚合物(SMP)之間相互作用的方式,將化學修飾表面的LM液滴復合到形狀記憶泡沫骨架上,獲得了LM形狀記憶聚合物泡沫(LM-SMF),以熱刺激調控形變方式實現了對LM導電導熱路徑的調控。通過加熱溫度的變化對LM導電導熱通路的精細調控,實現了對LM-SMF從絕緣體(~200 MΩ)到導體(~0.8 Ω)電阻的大范圍調節(jié),以及導熱系數(λ)差值小于0.021 W m?1·K?1的熱性能控制。在熱刺激形變過程中,同一材料可以表現出可調的電/熱性能;谠摬牧蟽(yōu)異的電和熱雙重調節(jié)性能,LM-SMF可以用作自反饋/警告電/熱一體化集成開關,也可用于紅外隱身/偽裝開關方面。



1. a) LM液滴及其復合過程示意圖; b) LM-SMF形狀記憶循環(huán)示意圖; c) LM在泡沫中形成斷路/通路的示意圖; d) LM液滴在形變循環(huán)過程中連接狀態(tài)的變化


  通過熱刺激響應形變調控的方式,LM-SMF在壓縮前后表現出了不同的導電導熱特性,如圖2a所示。通過改變LM的負載量和壓縮率,可以實現對LM-SMF電阻(0.8 Ω~200 MΩ)和導熱系數(0.108 ~ 0.509 W m?1 K?1)的調控(圖2b-g)。同時該材料還具有良好的形狀記憶循環(huán)特性,為其應用提供了基礎。



2 a) LM-SMF導電導熱轉變實物圖; b) LM-SMF壓縮前后電阻隨LM質量分數的變化;50wt%LMLM-SMF c) 電阻隨壓縮率的變化; d) 電阻的循環(huán)穩(wěn)定性; e) LM-SMF壓縮前后導熱系數隨LM質量分數的變化; 50wt%LMLM-SMF f) λ/λ0隨壓縮率的變化; g) 加熱后LM-SMF表面溫度的循環(huán)穩(wěn)定性(加熱溫度80 ℃


  此外,基于優(yōu)異的導電導熱控制和形狀記憶性能,本工作中LM-SMF可作為自反饋/警告電/熱一體化集成開關,還可以實現可調諧紅外隱身、偽裝等功能,可廣泛應用于軍事、航空航天、可穿戴設備等領域,并滿足復雜環(huán)境需求。



3. LM-SMF紅外信號開關應用展示


  近日,該工作以“Designable Electrical/Thermal Coordinated Dual-Regulation Based on Liquid Metal Shape Memory Polymer Foam for Smart Switch”為題發(fā)表在《Advanced Science》上DOI: 10.1002/advs.202205428,通訊作者為哈爾濱工業(yè)大學化工與化學學院劉宇艷教授和博士后張東杰,第一作者為化工與化學學院博士生趙若曦。該研究得到國家自然科學基金委的支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/advs.202205428

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(責任編輯:xu)
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