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清华大学徐军课题组《Mater. Horiz.》: 热-紫外调控的动态共价交联弹性体用于光刻转印柔性电路
2022-10-13  来源:高分子科技

  近日,清华大学化工系徐军课题组在《Materials Horizons》期刊上发表了题为Thermal and UV Light Adaptive Polyurethane Elastomer for Photolithography-Transfer Printing Flexible Circuits(doi:10.1039/D2MH01005D)。本文提出了“一石二鸟”的简便策略,用于合成热-紫外调控的聚氨酯弹性体,该弹性体具有高强度、自愈合、表面可改性和图案化功能,可用于光刻-转印柔性电路。文章的第一作者为史家昕博士,本研究得到清华大学自主科研项目和国家自然科学基金等资助支持。


  作为柔性电子领域中的可拉伸基底,聚合物弹性体的本征性能非常重要,包括强度、回弹、自愈、功能化、图案化印刷等。然而,如何平衡这些性质,仍然是一个重要挑战。此外,聚合物的表面改性在柔性电子的应用中也非常重要,例如油墨印刷、抗菌等,而这很少被报道。基于本课题组前期对酚-氨基甲酸酯动态共价键(Polymer, 2019,121788; ACS Sustain. Chem. Eng. 2020, 8, 1207; Polym. Chem. 2021, 12: 2421)调控的系统研究和对聚氨酯/脲高韧性分子机制的理解(Macromolecules, 2022, 55, 3020; Mol. Simul. 2021, 47, 1258),开发了一种多功能的动态共价交联聚氨酯弹性体。其中,起到核心作用的是二羟基二苯甲酮单体。首先,其与异氰酸酯反应形成的酚-氨基甲酸酯键是一种高温解离的动态共价键,赋予材料自愈合、表面粘附导电颗粒等性质。其次,二苯甲酮单元对紫外光敏感,可产生自由基,从而实现表面接枝改性和图案化控制导电颗粒粘附性等性质(图1)。 



图1 聚氨酯弹性体的多功能性


  基于适当的软硬段和化学交联结构设计,该材料具有高强度、高回弹率等特点,且自愈合效率高(图2)。短时间的紫外照射可以使材料表面产生少量自由基,诱发表面涂覆的烯丙基单体聚合,实现表面改性,同时保留自愈合性(图3b-c)。而长时间的紫外照射会在表面产生大量不可逆的C-C键,使照射区域模量提高、松弛速率下降(图3d-f)。因此,可以利用光刻法先在材料表面形成局部自交联的图案,再将沉积有导电颗粒的薄膜覆盖于材料上,利用动态共价网络的重排实现导电颗粒的图案化牢固粘附(图4a,4f)。所制备的柔性电路具有低电阻、电导率稳定、可愈合等特点(图4b-e)。本研究开发了一种合成简单、多功能的柔性电子聚合物基体,同时提供了光刻-转印制备柔性电路的新策略。未来,基于功能单体的动态聚合物可应用在不同领域的各种功能性材料中。 图2 聚氨酯弹性体的力学性能和自愈合性 


图3 利用二苯甲酮单元实现弹性体的表面光接枝、表面自交联 


图4 制备的柔性电路性能

   

  原文链接:https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2022/MH/D2MH01005D

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(责任编辑:xu)
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