广西大学AM: 摩擦电生物塑料
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阅读： 2024/1/18 14:20:25
石化资源制备的柔性电子产品对世界环境造成严重污染，由可降解材料制成的柔性绿色电子产品受到广泛关注。生物塑料具有良好生物降解、低密度、高强度和低热膨胀系数等优良特性，以生物塑料为原料的绿色电子产品是石油基电子产品的理想替代品。绿色电子产品中柔性聚合物基材与导电涂层的界面结合效果，在决定柔性电子设备的传感性能和工作寿命方面起着重要作用。如：用于自供电可穿戴设备的柔性摩擦电材料，在面临反复弯曲、折叠的强剪切力作用时。用于摩擦起电的聚合物介电层与传输感应电荷导电层间的弱粘合性，易发生局部剥离与裂纹扩展等问题。机械不匹配的弱粘合界面，将严重影响柔性摩擦电材料的电子传输效率，导致传感器件的失效。因此，提高摩擦电材料中柔性聚合物基材与刚性导电涂层的黏合效果，抑制介电层与导电层的界面剥离破碎，这对柔性自供电传感器实现稳定、高灵敏的电子传输至关重要。
近日，广西大学王双飞院士团队在最新一期Advanced Materials（IF=29.4）上发表了题为“A Tough Monolithic Integrated Triboelectric Bioplastic Enabled by Dynamic Covalent Chemistry”的研究性文章。利用巯基硅烷反应以及动态共价化学中醇-醚交换反应的化学选择性和位点特异性，制备了一种高韧性、可降解的单片集成式摩擦电生物塑料。通过共价键适应界面相互作用的方式耗散应力，使得聚合物介电层与导电层具有良好的界面黏附（220.55 kPa）。同时，高能的共价键使摩擦电生物塑料具备出色的拉伸强度（87.4 MPa）与断裂韧性（33.3 MJ m-3）。即使在受到自身重量10000倍的拉力，仍能保持稳定的摩擦电输出，无明显裂纹产生。
图1. 动态共价化学诱导界面互锁实现的坚韧摩擦电生物塑料。
图2. 动态共价反应实现坚韧抗裂纹摩擦电生物塑料策略。
图3. 摩擦电生物塑料的高力学性和抗裂纹性及机制。
图4. 摩擦电生物塑料的界面稳定性和降解性能。
总之，在这项工作中，通过动态共价反应诱导界面互锁的方式制备了一种具有优异力学性能，耐裂性和生物降解性的单片集成式摩擦电生物塑料，并基于此材料开发了一种柔性可穿戴自供电传感器件。本研究为开发坚固、耐用、界面稳定的摩擦电生物塑料的设计提供了理想的平台，并将有利于其在可穿戴产品领域的进一步应用。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202311993
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