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東南大學張久洋教授團隊《Sci. China Mater.》:利用半固態金屬制備具有金屬級導電率的復合塑料
2022-10-22  來源:高分子科技

  導電高分子復合材料已廣泛應用于電子封裝、電磁屏蔽、柔性機器人和電子元器件等基礎電子化工領域。目前,以共軛聚合物為代表的導電高分子難以進行規模化熱塑加工處理。將導電填料與工程塑料混合制備導電高分子復合材料是解決規模化制備導電材料的可行方法。然而,無論是碳系填料或金屬填料,導電高分子復合材料的導電率都比較低(通常低于102 S/m),無法滿足現代電子工業的高端應用。


  近日,東南大學張久洋教授團隊與南京大學大學胡文兵教授團隊合作,提出了金屬-高分子復合材料加工過程中半固態金屬和高分子的粘度匹配觀點。半固態金屬是一種固液兩相的流動性金屬,根據經典的二元金屬相圖,通過調節金屬組成和加工條件,可以實現半固態金屬在加工過程中與高分子之間的粘度匹配。這種粘度匹配降低了加工過程中金屬和高分子之間的宏觀相分離程度,可實現金屬和高分子的雙連續結構。上述理論觀點獲得了流變表征實驗和分子模擬研究的證實。這種半固態復合材料加工方式,可成功適用于高分子材料的傳統工業化加工方法(如注塑成型、薄膜拉伸和纖維紡絲)。例如,利用經典的熱塑性高分子加工成型方法,通過鎵錫(Ga-Sn)半固態合金可成功地制備具有與金屬相近導電率(> 106 S/m)的導電塑料 (Plastic binary metals),為導電高分子復合材料的開發與規模化應用提供了新思路。 


圖1(a-b) Ga-Sn合金相變和流變之間關系。(c-d) 導電填料和高分子之間的流變匹配。 



圖2. 分子模擬顯示了導電塑料制備過程中Ga-Sn合金在高分子中的變形遷移過程。


  該工作得到了國家自然科學基金項目(21734005, 52173249, 21774020)資助,相關成果在線發表在Science China Materials上,論文共同第一作者是東南大學博士生彭豪和南京大學博士生羅文張久洋教授和胡文兵教授為該工作的共同通訊作者。


  東南大學張久洋教授課題組的重要研究方向是探索金屬-高分子復合材料在柔性電子、電子器件以及電子化工基礎材料中的科學理論與應用前景。前期相關成果還發表于Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2022, 119, e2200223119; Matter, 2021, 4, 3001 - 3014; Adv. Mater. 2021, 202104634等國際著名期刊。


  南京大學胡文兵教授主要從事高分子結晶相關的分子理論模擬和超快熱分析研究。在Nature Materials、Physics Reports、Physical Review Letters、Macromolecules、Soft MatterPolymer等國際核心專業期刊發表多篇學術論文,并參與多部專著的章節編寫,編著出版科學出版社教材《高分子物理導論》、Springer出版社教材《Polymer Physics: A Molecular Approach》和化工出版社專著《高分子結晶學原理》。


  論文鏈接:http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s40843-022-2220-5


  張久洋教授課題組:http://zhangpolymer.com/

  胡文兵教授課題組:https://hysz.nju.edu.cn/hwb/main.htm

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(責任編輯:xu)
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