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中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所韓艷春團(tuán)隊(duì) AFM：彈性體基體中構(gòu)建連續(xù)共軛聚合物網(wǎng)絡(luò) - 實(shí)現(xiàn)高拉伸性與高電學(xué)性能兼得
2025-03-25  來源：高分子科技

  柔性電子器件在醫(yī)療植入、電子皮膚和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域潛力巨大，但其核心材料需兼具優(yōu)異的機(jī)械柔韌性與穩(wěn)定的電學(xué)性能。然而，傳統(tǒng)高遷移率共軛聚合物材料脆性高、拉伸時(shí)載流子遷移率驟降。如何破解這一矛盾，成為學(xué)界難題。


  中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所韓艷春團(tuán)隊(duì)在《Advanced Functional Materials》發(fā)表最新研究，提出了一種創(chuàng)新策略——通過熱旋涂調(diào)控溶液態(tài)聚集與成膜動(dòng)力學(xué)，在彈性體基體中構(gòu)建連續(xù)共軛聚合物網(wǎng)絡(luò)。該工作以PDPPT3/SEBS共混體系為模型，利用高溫（130°C）減弱共軛聚合物鏈間作用力，促使溶液中小尺寸聚集體的形成。在快速成膜過程中，這些小聚集體通過增強(qiáng)的鏈運(yùn)動(dòng)迅速擴(kuò)展為連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)抑制了大尺寸相分離，最終形成“三明治”垂直相分離結(jié)構(gòu)（PDPPT3富集層位于薄膜上下表面）。具有納米限域效應(yīng)的小尺寸相分離結(jié)構(gòu)大幅提高了力學(xué)性能：優(yōu)化后的薄膜斷裂應(yīng)變高達(dá)177%，遠(yuǎn)超純共軛聚合物材料（<10%）；連續(xù)共軛聚合物網(wǎng)絡(luò)保障了電學(xué)性能：拉伸至100%應(yīng)變時(shí)，遷移率仍保持1.11 cm2 V-1 s-1，循環(huán)拉伸500次后仍穩(wěn)定在0.99 cm2 V-1 s-1。


圖片1


圖片2


圖片3


技術(shù)突破


  團(tuán)隊(duì)通過光譜、原子力顯微鏡AFM和同步輻射GIWAXS、GISAXS表征，揭示了高溫溶液態(tài)共軛聚合小尺寸聚集體的形成機(jī)制，以及成膜過程中快速動(dòng)態(tài)組裝對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的促進(jìn)作用；表征了拉伸下薄膜的形貌變化，建立了共軛聚合物彈性體體系的共混形貌-可拉伸性-性能之間的關(guān)系，該策略為共混體系形貌控制提供了新思路，助力高性能柔性電子材料的開發(fā)。
此項(xiàng)研究不僅為可拉伸半導(dǎo)體材料設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)，更為電子皮膚、柔性傳感器和可穿戴能源器件等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用奠定了材料基礎(chǔ)。未來，通過進(jìn)一步優(yōu)化聚合物結(jié)構(gòu)與工藝條件，有望推動(dòng)柔性電子技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。文章第一作者為博士生左佳明。


  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202424785


  下載：Continuous Conjugated Polymer Network in Elastomer Matrix Arising from Solution-State Aggregation and Film-Forming Dynamics Favoring Mechanical and Electrical Properties

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