PVB應(yīng)用領(lǐng)域之具有自動(dòng)修復(fù)功能的電子材料

研究人員已經(jīng)研發(fā)了一種柔韌的電子材料，這種材料即使在多次斷裂后也可以自愈合，并具有許多修復(fù)功能。這里展示的材料被割成兩部分，自愈合后的材料仍然能夠被拉伸和承重。

電子材料發(fā)展制約

現(xiàn)有的電子材料已經(jīng)成為柔韌電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要的絆腳石，因?yàn)楝F(xiàn)有的材料在斷裂和再次愈合后的性能會(huì)變得不再良好。而由一個(gè)國際團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新型電子材料，即使多次斷裂損壞后也能夠自動(dòng)愈合其所有功能。這種材料可以提高可便攜式電子產(chǎn)品的持久性。

“可便攜式和可彎曲電子產(chǎn)品會(huì)隨著使用時(shí)間的延長而產(chǎn)生機(jī)械變形，這就可能會(huì)破壞或損壞這些電子產(chǎn)品，”王慶說，他是賓州州立大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的教授。“我們想找到一種電子材料，即使它在受到多次斷裂損壞后也能夠修復(fù)自身的所有功能。”

自愈型材料

    自愈型材料，即在經(jīng)受物理變形如被切成兩半等情況后，也能夠在幾乎沒有外界干擾影響下自然修復(fù)自己。

在過去，研究人員已經(jīng)能夠研發(fā)一些自愈型材料，可以在損壞后修復(fù)一部分功能，然而，能夠修復(fù)一系列功能的材料才是研發(fā)有效的可便攜式電子產(chǎn)品的關(guān)鍵。例如，如果一個(gè)介電材料在自愈后仍保持其電阻率，但它的導(dǎo)熱性未能恢復(fù)，那這可能會(huì)使電子產(chǎn)品存在過熱的風(fēng)險(xiǎn)。

新的研究成果

    王和他的團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的材料，能夠修復(fù)作為便攜式電子產(chǎn)品介質(zhì)所需的所有性能，機(jī)械強(qiáng)度、以防止強(qiáng)電振動(dòng)的斷裂強(qiáng)度、電阻率、熱導(dǎo)率和電介質(zhì)或絕緣率等性能。他們把這項(xiàng)研究已經(jīng)在線發(fā)表在了《先進(jìn)功能材料AdvancedFunctional Materials》雜志上。

王說

    大多數(shù)自愈型材料是軟的或“口香糖類型”，但他和他的同事們研發(fā)的材料相比較更結(jié)實(shí)。他的團(tuán)隊(duì)將氮化硼納米片加入到一個(gè)高分子聚合物基材料上。像石墨、氮化硼納米片是二維的，但與導(dǎo)電的石墨烯不同，這種材料具有絕緣和保護(hù)性能。

大多數(shù)關(guān)于自愈型電子材料的研究都集中在材料的電導(dǎo)率上，而電介質(zhì)性能被忽略了。我們在電路中需要導(dǎo)電元件，但我們也需要微電子的絕緣和保護(hù)性能。

原理揭示

    這種材料之所以能夠自我愈合，是因?yàn)榈鸺{米片之間利用氫鍵基團(tuán)互相連接，并在表面進(jìn)行功能化自愈合。當(dāng)兩片放置得非常接近時(shí)，兩個(gè)鍵合的元件之間會(huì)自然產(chǎn)生靜電引力，這會(huì)牽引它們相互靠近。當(dāng)氫鍵修復(fù)連接時(shí)，兩個(gè)元件就會(huì)“愈合”。根據(jù)添加到聚合物中的氮化硼納米片的比例，這種自愈可能需要額外的熱量或壓力，但某些形式的新材料，當(dāng)彼此靠近放置時(shí)，可以在室溫下自我愈合。

    不像其它利用氫鍵連接的可修復(fù)材料，氮化硼納米片具有透水性能差。這意味著使用該介電材料的設(shè)備可以在濕度高的環(huán)境下，如在淋浴或在海灘上有效工作。

賓州州立大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)Wang.Lixin Xing說，“這是第一次，已經(jīng)研發(fā)的自愈型材料可以在多次斷裂后能夠修復(fù)多種性能，并且我們可以看到，這在多個(gè)應(yīng)用中都是非常有使用

價(jià)值的”。來自賓州州立大學(xué)的 Qi Li, Guangzu Zhang，Xiaoshan Zhang 和 Feihua Liu，以及來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)的Li Liu和 Yudong Huang也參與了這項(xiàng)研究。

這項(xiàng)研究獲得了國家留學(xué)基金委的支持。

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