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  室溫液態(tài)金屬（鎵及其合金）是一類常溫下呈液態(tài)的金屬材料，因其兼具流體和金屬導體的性質，近年來引起了研究人員的極大興趣。其中，液態(tài)金屬微納液滴可作為一種新型的功能性流動填料添加到高分子材料中，形成液態(tài)金屬液滴-高分子復合材料。此類復合材料在柔性電子、電磁屏蔽、熱管理、健康醫(yī)療等領域具有潛在的應用前景。另外一方面，近年來的微塑料、電子垃圾等環(huán)境問題也引起了極大的關注。因此，從材料設計角度出發(fā)，探索可降解、可回收的環(huán)保型高分子復合材料較為迫切。近年來，深圳大學周學昌課題組在液態(tài)金屬液滴制備、復合材料與應用、可回收循環(huán)利用等方面進行了一些探索性研究工作，主要包括：采用聚乙烯醇作為瞬態(tài)封裝材料構建了一種基于室溫液態(tài)金屬的瞬態(tài)可回收的環(huán)境友好型柔性電子（Adv. Funct. Mater., 2019, 1808739）；使用石墨烯包覆液態(tài)金屬液滴，制得一種具有高導電性的液態(tài)金屬液滴，并成功應用于可活動、可回收、可變形的軟接觸電極及運動方向監(jiān)控器件（Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1706277）。這些前期探索工作主要解決了宏觀尺度的液態(tài)金屬圖案和毫米級以上液態(tài)金屬液滴的回收利用問題。然而，對于填充了微納尺度液態(tài)金屬液滴的復合材料，它的回收利用仍是一個挑戰(zhàn)性的問題。

  近日，深圳大學周學昌課題組通過采用Diels–Alder(DA)動態(tài)共價鍵交聯(lián)的聚氨酯彈性體作為聚合物基底，以微納米液態(tài)金屬液滴作為功能性填料，制備了一種可回收的多功能柔性液態(tài)金屬彈性體復合材料（圖1）。

圖1. 液態(tài)金屬液滴聚氨酯彈性體復合材料的制備。

  由于微納米液滴是分散在高分子材料中，液滴之間是不連通的，因此該復合材料起初是電絕緣性的。文章提出了通過“機械訓練”的方法，讓液滴間形成穩(wěn)定的連接通道，使材料獲得導電性，從而實現(xiàn)了從絕緣體到導體的轉變。經過“機械訓練”后的導體可經受10000次的抗疲勞拉伸測試，且表現(xiàn)出優(yōu)異的電學穩(wěn)定性以及抗機械疲勞性。通過該方法還可以調控材料的區(qū)域導電能力，從而設計出出各項異性導電材料。此外，DA鍵的動態(tài)性質以及液態(tài)金屬液滴的光熱轉化效應賦予了該材料具有光致可焊性，可實現(xiàn)電路的重構與修復。同時，利用DA價鍵可逆轉化的特點，該復合材料可以完全溶解在高溫溶劑中，釋放出液態(tài)金屬微納米液滴。再通過離心等方式可以分離出液態(tài)金屬微納米液滴。最后利用液態(tài)金屬液滴表面張力的可調控特點，微納米尺度液滴匯聚成宏觀尺度的液滴，從而實現(xiàn)了從復合材料中回收了微納米液態(tài)金屬液滴。

  該工作提出了一種制備可回收高性能的液態(tài)金屬彈性體納米復合材料的簡單策略。該策略在環(huán)境友好型柔性電子、可穿戴電子、各項異性導熱導電材料等領域具有應用前景。論文第一作者為深圳大學與韓山師范學院聯(lián)合培養(yǎng)博士后陳國康博士，通訊作者為深圳大學周學昌教授。該工作得到了國家自然科學基金、廣東省基礎和應用基礎研究基金和深圳市深港創(chuàng)新圈聯(lián)合研發(fā)項目的資助。

  論文鏈接：

  Recyclable, weldable, mechanically durable, and programmable liquid metal-elastomer composites

  Journal of Materials Chemistry A, 2021, DOI:10.1039/D0TA11403K.

  https://doi.org/10.1039/D0TA11403K