物理科技生物学-PHYICA

受生物学启发,为可拉伸电子产品森下茜开发的高性能聚氨酯

化学 2022-07-18 00:02:07

中国科学院刘佳 信用:CC0公共领域 由教授领导的研究小组

中国科学院宁波材料技术与工程研究所的朱进开发了一种聚氨酯,它具有优异的拉伸性、韧性、自愈性甚至热修复性,可以模仿人体肌肉的生物功能

这项研究发表在《高级功能材料》杂志上

作为下一代电子设备的一个越来越有价值的前沿领域,可拉伸电子设备可以适应柔软和弯曲的形状,因此有望在人工智能时代发挥更具建设性的作用,并引发人们日常生活的更大变化

弹性体被结合到可拉伸电子器件中,并赋予它们不同的机械性能或甚至附加特征,如自对准,以保持可拉伸电子器件的耐用性和稳定性

然而,机械性能(即

e

拉伸性和韧性)和自愈合限制了弹性基质整体性能的优化

受人体肌肉生物特性的启发,NIMTE的研究人员合成了一种用于可拉伸电子器件的聚氨酯,其中包含沿主链交替分布的供体和受体基团,以实现链内和链间供体-受体(D-A)自组装。

凭借骨骼肌蛋白titin,人体肌肉可以在短时间内完成数百个集中/放松周期

肌球蛋白的分子内次级相互作用可以可逆地破裂和再折叠以恢复肌肉

同样,由于可逆的脱氧核糖核酸自组装,脱氧核糖核酸-聚氨酯可以执行相同或更多的集中/松弛周期,而不会永久变形

D-A自组装稳定了聚氨酯中由软相和硬相组成的网络结构,使其像人体肌肉一样超弹性、超级坚韧和耐用

具体来说,聚氨酯表现出惊人的力学性能,断裂伸长率为1900%,韧性为175

9架MJ m-3

循环拉伸和应力松弛实验证明其具有显著的抗疲劳和抗应力松弛性能

即使在大应变或长时间拉伸变形的情况下,也可以通过60℃的热修复几乎完全恢复

聚氨酯自愈速度达到1

0–6

15微米·分钟-1,从60℃到80℃,随着温度的升高逐渐升高

此外,研究人员还制作了一种可拉伸的电容式传感器,该传感器具有显著的拉伸性、抗疲劳性和自愈性,即使在临界变形和切断后也是如此

该策略可为应用于可拉伸电子领域的一系列韧性和自愈合弹性材料的研发提供启示

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