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  近日，合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院從懷萍教授課題組和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授課題組，利用金屬納米線的有序組裝研制出兼具自修復(fù)性、高導(dǎo)電性以及優(yōu)異抗拉伸性和電機(jī)械穩(wěn)定性的彈性導(dǎo)體材料。相關(guān)成果以“Self-healing and superstretchable conductors from hierarchical nanowire assemblies”為題，發(fā)表在7月17日出版的英國(guó)《自然.通訊》上（Nature Communications 2018, 9, 2786, DOI: 10.1038/s41467-018-05238-w）。學(xué)院2015級(jí)博士生宋品和青年教師秦海利博士為共同第一作者。

  可拉伸電子器件在可穿戴電子器件、柔性能源和仿生器件等新興領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，如何使拉伸導(dǎo)體在大拉伸形變條件下保持優(yōu)異的電機(jī)械穩(wěn)定性是該領(lǐng)域存在的重大挑戰(zhàn)。

  針對(duì)這一難題，科研人員首次提出將金屬納米結(jié)構(gòu)三維組裝導(dǎo)電骨架與金屬-硫配位鍵引入到彈性聚合物凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)理念，在經(jīng)取向冷凍干燥技術(shù)制備的具有高度有序蜂窩結(jié)構(gòu)的三維銀納米線氣凝膠中進(jìn)行原位聚合N-異丙基丙烯酰胺，成功研制出兼具自修復(fù)性、高導(dǎo)電性和電機(jī)械穩(wěn)定性以及優(yōu)異抗拉伸性能的新型彈性導(dǎo)體材料。

  這種基于納米、微米、宏觀尺度的多級(jí)次等級(jí)有序結(jié)構(gòu)，以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中聚合物鏈和銀納米線之間強(qiáng)相互作用，所構(gòu)筑的彈性復(fù)合材料能夠通過自身蜂窩結(jié)構(gòu)形變和應(yīng)力在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中均勻分散而避免單一結(jié)構(gòu)受力的協(xié)同機(jī)制有效地弛豫外力和耗散斷裂能。因而，該彈性導(dǎo)體表現(xiàn)出媲美銀納米線氣凝膠的高導(dǎo)電性（93 S/cm）、超高的拉伸形變能力（800%）以及優(yōu)異的電機(jī)械穩(wěn)定性和抗疲勞能力。其在100%拉伸應(yīng)變下，電阻變化僅20%，在100%-800%應(yīng)變下循環(huán)拉伸500圈，其不可逆電阻變化可以忽略。此外，由于動(dòng)態(tài)可逆銀-硫鍵的巧妙設(shè)計(jì)，該彈性導(dǎo)體材料表現(xiàn)出快速而高效的愈合能力，在1分鐘時(shí)間內(nèi)可實(shí)現(xiàn)自愈合，且愈合效率高達(dá)93%。更重要的是，修復(fù)后的材料仍然保持了優(yōu)異的導(dǎo)電性能、機(jī)械性能和電機(jī)械穩(wěn)定性。

圖1. 彈性導(dǎo)體材料的制備及其電機(jī)械性能。

圖2. 彈性導(dǎo)體的自修復(fù)性能。

  這項(xiàng)研究為今后研制具有優(yōu)越力學(xué)、電學(xué)性能的可修復(fù)抗拉伸導(dǎo)體材料設(shè)計(jì)和構(gòu)筑提供了新思路，所制備的材料在柔性、可拉伸電子設(shè)備領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

  該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上和重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)際合作重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃、新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金、安徽省自然科學(xué)基金、合肥大科學(xué)中心卓越用戶基金等項(xiàng)目的資助。

  論文鏈接：http://www.nature.com/articles/s41467-018-05238-w