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东华大学游正伟团队柔性可穿戴电子器件直接3D打印重塑循环利用

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-02-19 16:40:11   浏览次数:1800  
核心提示:近期,东华大学材料科学与工程学院游正伟教授团队研制了基于Diels-Alder 协同反应的新型可重塑、可降解的动态交联弹性高分子,
      近期,东华大学材料科学与工程学院游正伟教授团队研制了基于Diels-Alder 协同反应的新型可重塑、可降解的动态交联弹性高分子,进而通过纳米复合,构筑了具有良好韧性和拉伸性的导电弹性体,其可3D打印便捷定制可穿戴电子器件,特别是可以通过3D打印实现直接高效回收和同步加工再利用,为解决日益严重的电子垃圾问题提供了新材料新思路。

据介绍,该工作设计的关键是具有良好的动态性的聚酯弹性体PFB。PFB通过呋喃和马来酰亚胺结构之间的Diels–Alder环加成反应实现动态交联,由于环加成反应属于协同反应,具有高的特异性,因此PFB在环境下可以保持持久的动态性,具有良好的热塑性,可以通过3D打印工艺便捷地加工和回收利用。相比之下,目前大量使用的基于离子和自由基反应的可逆交联体,其中间体容易被水分、氧气等淬灭,因而不宜长期使用。并且PFB同时具有可降解性。电子器件的回收循环数量有限,降解仍然是电子垃圾的最终解决方案。可回收电子产品的可降解性此前研究甚少。本工作选择酯键来构建聚合物的主链,一方面其具有良好的热稳定性,PFB分解温度超过300℃,而同时酯键又具有良好的水解和酶降解性能,使其具有方便的环境和生物降解性。由此构建的电子产品能够将可回收性和可降解性结合,有望大大减少由其产生的电子垃圾对环境的影响。

图1.可降解、可重塑弹性高分子(PFB)的设计及其动态性表征

图2.导电纳米复合弹性体PFBC具有良好的导电性、自修复性、加工性和回收性等综合性能,为可穿戴电子器件的构筑提供了理想材料

图3.PFB/PFBC通过3D打印高效回收利用,构建多样的可穿戴电子器件

图4.3D打印可穿戴电子器件良好的稳定性、环境耐受性及降解性

目前,相关研究成果以《可降解完全可回收动态热固性弹性体用于3D打印可穿戴电子器件》(Degradable and Fully Recyclable Dynamic Thermoset Elastomer for 3D-Printed Wearable Electronics)为题发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials),材料学院博士生郭一凡、陈硕为共同第一作者,游正伟教授为通讯作者。

 
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