东南大学张久洋教授团队《Sci. China Mater.》:利用半固态金属制备具有金属级导电率的复合塑料

2022-10-22 来源：高分子科技

导电高分子复合材料已广泛应用于电子封装、电磁屏蔽、柔性机器人和电子元器件等基础电子化工领域。目前，以共轭聚合物为代表的导电高分子难以进行规模化热塑加工处理。将导电填料与工程塑料混合制备导电高分子复合材料是解决规模化制备导电材料的可行方法。然而，无论是碳系填料或金属填料，导电高分子复合材料的导电率都比较低（通常低于10² S/m），无法满足现代电子工业的高端应用。

近日，东南大学张久洋教授团队与南京大学大学胡文兵教授团队合作，提出了金属-高分子复合材料加工过程中半固态金属和高分子的粘度匹配观点。半固态金属是一种固液两相的流动性金属，根据经典的二元金属相图，通过调节金属组成和加工条件，可以实现半固态金属在加工过程中与高分子之间的粘度匹配。这种粘度匹配降低了加工过程中金属和高分子之间的宏观相分离程度，可实现金属和高分子的双连续结构。上述理论观点获得了流变表征实验和分子模拟研究的证实。这种半固态复合材料加工方式，可成功适用于高分子材料的传统工业化加工方法（如注塑成型、薄膜拉伸和纤维纺丝）。例如，利用经典的热塑性高分子加工成型方法，通过镓锡（Ga-Sn）半固态合金可成功地制备具有与金属相近导电率（＞ 10⁶ S/m）的导电塑料 (Plastic binary metals)，为导电高分子复合材料的开发与规模化应用提供了新思路。

图1. (a-b) Ga-Sn合金相变和流变之间关系。(c-d) 导电填料和高分子之间的流变匹配。

图2. 分子模拟显示了导电塑料制备过程中Ga-Sn合金在高分子中的变形迁移过程。

该工作得到了国家自然科学基金项目（21734005, 52173249, 21774020）资助，相关成果在线发表在Science China Materials上，论文共同第一作者是东南大学博士生彭豪和南京大学博士生罗文，张久洋教授和胡文兵教授为该工作的共同通讯作者。

东南大学张久洋教授课题组的重要研究方向是探索金属-高分子复合材料在柔性电子、电子器件以及电子化工基础材料中的科学理论与应用前景。前期相关成果还发表于Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2022, 119, e2200223119; Matter, 2021, 4, 3001 - 3014; Adv. Mater. 2021, 202104634等国际著名期刊。

南京大学胡文兵教授主要从事高分子结晶相关的分子理论模拟和超快热分析研究。在Nature Materials、Physics Reports、Physical Review Letters、Macromolecules、Soft Matter和Polymer等国际核心专业期刊发表多篇学术论文，并参与多部专著的章节编写，编著出版科学出版社教材《高分子物理导论》、Springer出版社教材《Polymer Physics: A Molecular Approach》和化工出版社专著《高分子结晶学原理》。

论文链接：http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s40843-022-2220-5

张久洋教授课题组：http://zhangpolymer.com/

胡文兵教授课题组：https://hysz.nju.edu.cn/hwb/main.htm

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（责任编辑：xu）

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