您当前位置: 亚洲bet356体育在线官网 > 新闻中心
类别:新闻中心 发布时间:2023-10-15 08:01:51 浏览: 次
bet356体育·在线(亚洲版)官方网站南洋理工周琨教授团队《ACS AMI》:用于柔性电子的可持久锁水和忍耐极限温度的3D可打印有机凝胶水凝胶是一种高含水的三维网状聚合物,具有良好的拉伸性、柔韧性和导电性,广泛应用于柔性电子领域。然而bet356体育·在线(亚洲版)官方网站,传统水凝胶通常只在室温或者低温条件下短期使用,长时间使用或极端温度条件下使用则难以保存水分,极易发生变性。因此bet356体育·在线(亚洲版)官方网站,开发具备长期锁水性能和忍耐极限温度的水凝胶具有重要意义。
新加坡南洋理工大学周琨教授团队最近在《 ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为“3D printable organohydrogel with long-lasting moisture and extreme-temperature tolerance for flexible electronics”的文章 (ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 37, 44167–44174)。文章通过丙烯酸(AA)单体的聚合以及(GL)- 水二元溶剂中Fe3+离子与AA的羧基之间形成的配位作用(AA-Fe3+),来合成GL-有机凝胶(图1a)。此有机凝胶的特点表现在:(1)与传统的水凝胶相比,该GL-有机凝胶表现出长期锁水性(室温下30天,锁水性接近100%)和抗冻性(-80 oC条件下,30天不结冰);(2)在室温甚至极低的温度(-80 oC)放置30天,仍然能保持良好的导电性、拉伸性能和3D可打印性能(图1b)。虽然文献也报道过锁水和抗冻的凝胶,但是这些凝胶的性能(比如,抗冻性能只能在-30 oC条件下维持24小时;锁水性能只能在60 oC条件下维持72小时)都不及该文章的GL-有机凝胶性能优越。该有机凝胶的出现,很好的解决了传统水凝胶通常只能在室温或者低温条件下短期使用的难题。作为对比,室温下保存30天后的GL-有机凝胶仍然维持其几乎和初始状态一样的含水量,柔软有弹性,可以承受较大的变形;而常规的W-水凝胶由于水分蒸发严重而表现得坚硬易碎(图1c)。这是因为在该GL-有机凝胶中,GL和水分子之间形成很强的氢键作用,可以有效地将水分子锁在凝胶网络中,从而防止水从凝胶蒸发以及在零度条件下结冰bet356体育·在线(亚洲版)官方网站。
图1.(a)UV引发聚合的W-水凝胶和GL-有机凝胶,(b)GL-有机凝胶具有长期稳定性、抗冻性、导电性、可拉伸性和3D可打印性能 和(c)W-水凝胶和GL-有机凝胶在室温下保存30天后的照片对比。
此外,该GL-有机凝胶还具有良好的3D打印性能,优异的导电性和自修复能力。用GL-有机凝胶打印获得的3D结构表现出良好的结构稳定性(在室温下保存300天,3D结构不变);该GL-有机凝胶在不同拉伸应变下(0-1200%)展示了优越的导电性(应变系数达到3.78);室温条件下放置120分钟,自修复率达到70%。利用数字光处理技术(Digital light processing, DLP),可以打印出各种复杂的高精度3D结构(图2a)。作为应用验证,文章利用DLP打印技术,制备的可穿戴的数据手套,可以精确检测到每个手指在不同手势下的微小运动(图2(b-e)),该应用展示了GL-有机凝胶在柔性电子领域的应用潜力。
图2. GL-有机凝胶的应用(a)3D打印的结构,(b)3D打印的人手结构,(c)数据手套,(d)用于测试数据手套性能的各种手势以及(e)数据手套在不同手势下检测到的信号。
该论文第一作者为新加坡南洋理工大学博士后研究员李慧君博士;通讯作者为新加坡南洋理工大学的周琨教授。周琨教授课题组依托惠普–南洋理工大学数字制造联合实验室和新加坡3D打印中心,主要研究粉末床熔融、定向能量沉积、材料挤出成型等先进增材制造技术,包括功能聚合物复合材料及高性能新金属材料研发、先进结构设计和多尺度模拟仿真、增材制造零件宏微观力学性能表征及其应用等。