近日，合肥工業大學化學與化工學院從懷萍教授課題組和中國科學技術大學俞書宏教授課題組，利用金屬納米線的有序組裝研制出兼具自修復性、高導電性以及優異抗拉伸性和電機械穩定性的彈性導體材料。相關成果以“Self-healing and superstretchable conductors from hierarchical nanowire assemblies”為題，發表在7月17日出版的英國《自然.通訊》上（Nature Communications 2018, 9, 2786, DOI: 10.1038/s41467-018-05238-w）。學院2015級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域具有重要應用，如何使拉伸導體在大拉伸形變條件下保持優異的電機械穩定性是該領域存在的重大挑戰。
針對這一難題，科研人員首次提出將金屬納米結構三維組裝導電骨架與金屬-硫配位鍵引入到彈性聚合物凝膠網絡結構中的設計理念，在經取向冷凍干燥技術制備的具有高度有序蜂窩結構的三維銀納米線氣凝膠中進行原位聚合N-異丙基丙烯酰胺，成功研制出兼具自修復性、高導電性和電機械穩定性以及優異抗拉伸性能的新型彈性導體材料。
這種基于納米、微米、宏觀尺度的多級次等級有序結構，以及網絡結構中聚合物鏈和銀納米線之間強相互作用，所構筑的彈性復合材料能夠通過自身蜂窩結構形變和應力在整個網絡中均勻分散而避免單一結構受力的協同機制有效地弛豫外力和耗散斷裂能。因而，該彈性導體表現出媲美銀納米線氣凝膠的高導電性（93 S/cm）、超高的拉伸形變能力（800%）以及優異的電機械穩定性和抗疲勞能力。其在100%拉伸應變下，電阻變化僅20%，在100%-800%應變下循環拉伸500圈，其不可逆電阻變化可以忽略。此外，由于動態可逆銀-硫鍵的巧妙設計，該彈性導體材料表現出快速而高效的愈合能力，在1分鐘時間內可實現自愈合，且愈合效率高達93%。更重要的是，修復后的材料仍然保持了優異的導電性能、機械性能和電機械穩定性。
圖1. 彈性導體材料的制備及其電機械性能。
圖2. 彈性導體的自修復性能。
這項研究為今后研制具有優越力學、電學性能的可修復抗拉伸導體材料設計和構筑提供了新思路，所制備的材料在柔性、可拉伸電子設備領域具有廣泛的應用前景。
該工作得到了國家自然科學基金面上和重點項目、國際合作重點項目、國家重點基礎研究發展計劃、新世紀優秀人才支持計劃、中央高校基本科研業務費專項資金、安徽省自然科學基金、合肥大科學中心卓越用戶基金等項目的資助。
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