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復(fù)旦李卓課題組 JMCA：一種具有超快自修復(fù)能力、優(yōu)異自粘性和良好機(jī)械性能的聚硅氧烷在可重構(gòu)表皮電子方面的應(yīng)用

2022-01-24 來(lái)源：高分子科技

聚硅氧烷因其可拉伸性、與皮膚接近的模量、穩(wěn)定性和優(yōu)異的生物可兼容性，被廣泛地應(yīng)用在電子皮膚和可穿戴電子領(lǐng)域。然而，常用的聚硅氧烷缺乏自修復(fù)能力和自粘性。自修復(fù)能力可以提高柔性器件的使用壽命，而自粘性可以有助于電子元器件的貼裝和黏附在皮膚上保證長(zhǎng)期使用的穩(wěn)定性。目前在分子設(shè)計(jì)上，主要通過(guò)引入可逆鍵（氫鍵、配位鍵、動(dòng)態(tài)亞胺鍵等）的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)自修復(fù)性能，但往往需要的時(shí)間較長(zhǎng)完成修復(fù)，有時(shí)要依靠外界刺激（水、熱等）以加快修復(fù)過(guò)程，在一定程度上影響了器件的正常工作。而增加自粘性主要通過(guò)仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（壁虎腿結(jié)構(gòu)、章魚(yú)吸盤(pán)結(jié)構(gòu)等）或降低交聯(lián)密度制備壓敏膠來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用仿生結(jié)構(gòu)通常需要復(fù)雜的工藝，降低交聯(lián)密度則會(huì)影響材料的機(jī)械性能。

基于此，復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系李卓青年研究員課題組在前期工作的基礎(chǔ)上（Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7, 27278-27288.），設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種具有超快自修復(fù)能力、優(yōu)異自粘性和良好機(jī)械性能的新型聚硅氧烷（圖1，以下稱(chēng)為block PBS）。該工作構(gòu)建了具有超高柔性的乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷-二硫蘇糖醇嵌段聚合物，并進(jìn)一步通過(guò)硼酸進(jìn)行交聯(lián)。獲得的block PBS一方面因?yàn)殒湺蔚某呷嵝院瓦\(yùn)動(dòng)性獲得了較高修復(fù)速度，另一方面形成高密度的羥基和硼酸酯動(dòng)態(tài)交聯(lián)保證了良好的自修復(fù)性能和力學(xué)性能。Block PBS具有0.43 MPa的機(jī)械強(qiáng)度和高達(dá)1500 %的拉伸性能，而且在室溫下?lián)p傷后僅30秒內(nèi)就能恢復(fù)100%的原有機(jī)械性能（圖2），是迄今為止修復(fù)最快的自修復(fù)彈性體之一。同時(shí)，該材料在空氣和水下的各種表面仍具有良好的自粘性，并可共形貼附到任何表面（圖3）。以block PBS作為基底制備的電生理（EP）電極（圖4），其信噪比與商業(yè)電極相當(dāng)，且在不同狀態(tài)下運(yùn)行（空氣、水下、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）的穩(wěn)定性高于商業(yè)電極。該成果以Ultrafast self-healing and self-adhesive polysiloxane towards reconfigurable on-skin electronics”為題，發(fā)表在《Journal of Materials Chemistry A》上，第一作者為復(fù)旦大學(xué)博士后唐淼，通訊作者為復(fù)旦大學(xué)李卓青年研究員和武利民教授。該工作得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和上海市青年科技啟明星計(jì)劃的支持。