清華大學梁福鑫/楊振忠教授團隊 Adv. Mater.: 在Janus顆粒調控高分子復合材料分層結構方面取得進展
2024-02-02 來源：高分子科技
兼具優異力學性能和功能的一體化設計一直是高分子復合材料追求的目標，不同功能組成空間分布、微結構、及界面相互作用決定了復合材料不同功能組成能否協同發揮作用。
有機-無機復合Janus材料能夠將有機“軟”組成和無機“硬”組成分區集成，且表面具有兩親性，能夠自組織取向、遷移和聚集，為復合材料多級結構設計提供了新的構造單元。
圖1. Janus顆粒誘導薄膜分層結構示意圖
該工作提出以軟-硬分區Janus納米顆粒誘導不同組成自分層，構筑同時具有力學可拉伸層和柔性三維導電網絡層的分層結構薄膜（圖1），該薄膜具有大形變、高靈敏度和優異的力學性能。首先設計合成了納米尺度軟-硬分區Janus顆粒，一側為“軟”的橡膠相，另一側為“硬”的氧化硅相（圖2a）。在力學可拉伸層中，由于Janus顆粒的橡膠一側與橡膠基體組成相同，能夠在高添加含量（40wt%）下非常均勻地分布在橡膠基體中，將薄膜的強度和斷裂韌性提高數倍（圖2b-e）。在柔性三維導電網絡層，Janus顆粒誘導石墨烯卷曲并彼此連接形成導電網絡層，且Janus顆粒的剛性端和柔性端分別具有硬支撐和軟粘結的作用，使網絡具有特殊的多級形變結構，在大拉伸應變下通過自適應重構保持良好的導電性（最大拉伸比370 %）。同時，柔性三維網絡的多級結構重構，使傳感材料具備極高的靈敏度（GF值高達971.7）（如圖2f-k）。
該分層結構設計既解耦了力學模塊和功能模塊，又增強了多級界面相互作用，實現了兩個模塊的高效協同，解決了傳感性能（包括大伸長比與高靈敏性）和力學性能難以兼顧的難題，為柔性傳感器件設計提供了傳感性能和力學性能兼優的材料。
圖2. Janus納米顆粒、Janus顆粒/橡膠彈性體的微觀結構及力學性能、分層傳感結構的微觀結構及傳感性能
清華大學化工系博士后（現為西南交通大學助理教授）禾海伶為論文第一作者，清華大學化工系梁福鑫副教授為論文通訊作者，清華大學化工系楊振忠教授、博士研究生楊甜甜（現為沈陽工業大學助理教授）與劉天霖、探微書院本科生張照遠等參與了本工作。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202312278
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（責任編輯：xu）
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