3D打印導(dǎo)電復(fù)合材料可以實現(xiàn)電子信息器件的可定制化制備，其在柔性電子、傳感器、神經(jīng)導(dǎo)管、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用受到了國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。然而，研制理想的功能性室溫高導(dǎo)電3D打印材料仍然是該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。
為此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)冷勁松教授團隊與蒙特利爾工學(xué)院Daniel Therriault教授團隊合作，通過結(jié)合具有核殼結(jié)構(gòu)的金屬化碳納米纖維和形狀記憶聚合物，提出了一種高效能、多功能導(dǎo)電復(fù)合材料的制備策略，并展現(xiàn)了其3D打印結(jié)構(gòu)在電子領(lǐng)域的應(yīng)用。據(jù)悉，金屬銀化碳納米纖維是一種新型的復(fù)合導(dǎo)電纖維，它可以實現(xiàn)碳納米纖維高長徑比與金屬銀優(yōu)異電學(xué)性能的有效結(jié)合，在二者的協(xié)同作用下，復(fù)合材料無需任何后處理過程即可展現(xiàn)出高達2.1×10 5S/m的電導(dǎo)率。對外界激勵能夠產(chǎn)生功能響應(yīng)的熱塑性形狀記憶聚合物材料不僅可以提高復(fù)合材料的3D打印性能，還可賦予打印結(jié)構(gòu)主動變形的智能特性。研究表明，這種新型復(fù)合材料在室溫條件下無需任何支撐材料即可實現(xiàn)多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)(包括自支撐結(jié)構(gòu))的直書寫3D打印。更值得一提的是，基于材料的形狀記憶效應(yīng)，所制備的3D打印結(jié)構(gòu)在低電壓(1V)下可展現(xiàn)出快速響應(yīng)的電致驅(qū)動行為。他們使用這種新型導(dǎo)電復(fù)合材料，制備了多種3D打印高性能電子器件，充分展現(xiàn)了多重納米復(fù)合材料的協(xié)同效應(yīng)與3D打印的結(jié)合在導(dǎo)電原件、傳感器、電磁屏蔽和軟機器人等領(lǐng)域出色的應(yīng)用潛力。
圖1. 3D打印高導(dǎo)電Ag@CNFs/PLA復(fù)合材料
圖2. Ag@CNFs/PLA復(fù)合材料的導(dǎo)電性能
圖3. 3D打印Ag@CNFs/PLA復(fù)合材料用于應(yīng)變傳感器和電磁屏蔽
圖4. 3D打印Ag@CNFs/PLA復(fù)合材料用于電致驅(qū)動智能抓取器
相關(guān)研究成果以《Direct 3D Printing of Hybrid Nanofibers-based Nanocomposites for Highly Conductive and Shape Memory Applications》為題發(fā)表在國際TOP期刊ACS Applied Materials & Interfaces（IF：8.456）上。哈爾濱工業(yè)大學(xué)冷勁松教授和蒙特利爾工學(xué)院Daniel Therriault教授是該論文的通訊作者，魏洪秋博士是該論文第一作者，現(xiàn)為西北大學(xué)青年教師。
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